天文学基础小论文

天文学基础小论文浅谈天文经纬度及天文方位角测定原理摘要：天文测量学是一门基础学科，也是我们在早期测量中常用到的测量手段。

随着空间大地测量技术的发展，虽然天文测量学在应用上有所减少，但在某些领域其地位依然不可动摇，值得我们去研究。

本文介绍了天文测量中的坐标系统以及时间系统，并详细介绍了天文经纬度和天文方位角测量的基本原理和方法。

本文的工作可为天文大地测量的研究提供一定的参考和依据。

关键词：天文坐标系；天文经度；天文纬度；天文方位角Abstract：Astronomical surveying is a basic discipline, but also our means of measurement used to in the early measurement. With the development of space geodetic techniques, although astronomical surveying a decrease in the application, but in some areas of its status remains unshakable, it is worth to study. This article describes the astronomical measurement coordinate system and the system is, and introduces the basic principles and methods of astronomy and astronomical azimuth measurements of longitude and latitude. Work in this paper can provide a reference and basis for the study of astronomy geodesy.Key words:Astronomical coordinate system; astronomical longitude; latitude; astronomical azimuth目录1 绪论 (1)1.1 基本概念 (1)1.2 天文观测的坐标系统及时间系统 (1)1.2.1 天文观测的坐标系统 (1)1.2.2 天文观测的时间系统 (4)1.2.3 研究思路 (4)2 理论基础 (5)2.1 天文经纬度测定理论 (5)2.1.1测定天文经度的基本原理 (5)2.1.2恒星中天法测定钟差的基本原理 (6)2.1.3测定天文纬度的基本原理 (6)2.2 天文方位角测定理论 (7)2.3 天文测量成果的归算 (7)2.3.1 经纬度和方位角的归心改正 (7)2.3.2 经纬度和方位角归算到大地水准面 (8)2.3.3 经纬度和方位角的极移改正 (8)3 结论 (9)参考文献 (10)1 绪论从古至今，人们对于宇宙万物的探索从未停止，对于宇宙空间的探索更是尤为热衷。

在科技文明落后的年代，人们靠肉眼观察所得的各种信息，去了解周身有限的空间，人们知道了北极星能够指北，知道了月亮阴晴圆缺的变化规律……，随着科技的发展，人们借助各种科学设备可以获取更广阔天地的各种信息，如今人们可以给地球上任意一点定位，可以推算地球大致的运行状态……，天文测量就是这些科学的一个重要基础，它为我们认识宇宙万物提供了一个相当好的技术途径。

天文测量无论在基础科学,还是在国民经济和国防建设中都具有重要的意义。

随着空间大地测量技术(VLBI、LLR、SLR和GPS等)的发展,虽然天文测量在应用上有所减少,但在大地测量的绝对定位和中远程武器的发射等领域中仍然是不可替代的技术。

天文经纬度以及天文方位角的测定是天文测量中最为基础的工作。

1.1 基本概念⑴天文经度测站的天文子午面与格林尼治天文台(平均天文台)的天文子午面之间的夹角，称天文经度，常用λ表示。

⑵天文纬度测站铅垂线与天球自转轴之间所夹锐角的余角，称天文纬度，常用Φ表示。

⑶天文方位角测站点所在的天文子午线指北方向，按顺时针旋转至目标方向线间的水平角，称天文方位角，常用A表示。

⑷天文天顶垂直向上或头顶上的点，即铅垂线向上无限延长与天球的交点，称天文天顶。

⑸天文垂线天文地平圈的主方向是由重力确定的铅垂线，称为天文垂线。

⑸黄道、赤道及黄赤交角地球公转的轨道面与天球相交的大圆，称黄道。

赤道是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆周线，称赤道。

黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角。

⑹春分点由赤道以南穿过赤道所经过的黄道与赤道交点叫做春分点，用符号♈表示。

⑺恒星日及恒星时春分点连续两次通过观测者子午圈的时间间隔，称一个恒星日。

一个恒星日平分成24小时得到的时间系统，称恒星时。

1.2 天文观测的坐标系统及时间系统1.2.1 天文观测的坐标系统我们常说的天文坐标系包括地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和时角坐标系四种。

它们是我们在天文观测中主要参照坐标系。

㈠地平坐标系实际观测应用中，最重要的几何坐标系是以地方天文地平作为基本参考圈的坐标系。

它是表示天空形象的一种方法，是在旋转的天球上建立和应用坐标系必需的中间媒介。

把直接观测到的天空形象用严格的几何方式系统的进行表示时，它是实用中唯一可用的坐标系。

其它的基本方向和参考圈或多或少只能从对恒星和其他天体的观测加以延伸才能确定它们的位置。

图1 地平坐标系㈡赤道坐标系这种系统的基本圈是天赤道，它是由地球的自转确定的。

赤道是一个以天极为几何极点的大圆，它的平面与天球的视运动旋转轴正交，赤道上任一点距天球的两个极点都是90°。

赤纬：天球上任意一点离赤道的角距，在通过该点的副圈上量测，自赤道向北量为正，向南量为负，此角距称为该点的赤纬。

赤经：春分点和通过该点的副圈与赤道的交点在赤道上所截的弧段称为该点的赤经。

图2 赤道坐标系㈢黄道坐标系这种系统的基本平面——黄道平面，由地球绕太阳公转的轨道面确定。

黄道的副圈是通过黄极的大圆族，称为黄经圈。

平行于黄道的小圆称为黄纬圈。

赤道以北的至点，习称夏至点，另一个至点称冬至点。

图3 黄道坐标系㈣时角坐标系时角坐标系与赤道坐标的差别在于经度的起算点不同，它的起算经度从午圈开始，向西为正。

时角坐标系的经度称为时角。

它以天赤道为基本圈，以天赤道与天子午圈近南点的交点（Q'点）为基本点。

时角（t ）指在基本圈上计量的第一坐标，自子午圈起向西为正（0h~12h ），向东为负（0h~-12h ），第二坐标：赤纬（），子赤道向北天极计量为正（0°~90°），向南天极为负（0°~-90°）。

图4 时角坐标系Z 天顶天赤道北天极P地平圈NSEWQQ’t⑸各坐标系参数表1 坐标系参数表1.2.2 天文观测的时间系统天文观测采用恒星时系统，恒星时的参考点是春分点，以春分点上中天瞬间为观测点恒星日的开始，即恒星时0点0分0秒。

一个恒星日为23小时56分4秒。

1.2.3 研究思路第一步：资料搜集。

借助网络，图书馆等资源搜集相关资料。

第二步：分析资料。

将搜集来的各种资料整理分析，熟悉其中一些基本的理论知识。

第三步：选定论题，确定思路。

根据掌握的资料选定研究论题，并初步设计研究思路，可以通过与他人讨论完善自己的思路。

第四步：深入研究，书写论文。

根据论题再次查找更多的相关资料，分析这些资料，深入探索其中的理论基础，过程中可以尝试书写论文。

第五步：完成论文，最终定稿。

初步完成论文后，就要不断的去修改完善论文，包括修改论文的格式，检查论文中各种基本公式的推导等。

最终定稿。

2 理论基础在北半球一般纬度地区,天体的天球坐标(ɑ,δ)与测站的天文坐标(测站的天文经纬度(λ,φ)，天顶距和地平方位角(z,A))之间存在着确定的理论关系。

球面三角形常用的基本公式主要有边和角的余弦公式、正弦公式和第一五元素公式,即:sA sinbsincco cosbcosc cosa += ⑴a C B C B A cos si n si n cos cos cos -=- ⑵CcB b A a sin sin sin sin sin sin == ⑶ A c b c b B a cos cos sin sin cos cos sin -= ⑷根据球面三角形的基本公式,在球面三角形PZ σ中,可得:t z cos cos cos sin sin cos δϕδϕ+= ⑸ϕcos sin sin cos cos cos A t A t q += ⑹t A z cos cos sin sin δ= ⑺ t A z cos cos sin sin cos cos sin δϕδϕ-=- ⑻其中q 是天体的星位角。

恒星时s 与天体赤经ɑ和天体时角t 的关系是:t s +=α ⑼当天体运行到子午圈上时,天体坐标和天文坐标存在如下关系:①恒星上中天,且在天顶以南时:z +=δϕ;②恒星上中天,且在天顶以北时:z -=δϕ;③恒星下中天时)90()90(ϕδ-+-=b b z :在天文大地观测中,一般假定天体的天球坐标(ɑ,δ)是无误差的,而测站的天文坐标存在着误差, 其中天顶距和方位角(z, A)以及测站的地方恒星时s 是直接观测量。

微分(5)式,并利用(7)和(8)式,同时以增量代替微分可得t A A z ∆⨯+∆⨯=∆ϕϕcos sin cos ⑽此公式就是天顶距,天文纬度和时角变化量之间的理论关系。

2.1 天文经纬度测定理论 2.1.1测定天文经度的基本原理测站的天文经度是测站的天文子午面与格林尼治天文台(平均天文台)的天文子午面之间的夹角。

测站的经度等于测站与格林尼治天文台在同一瞬间同类正确时刻之差,这就是测定经度的理论依据。

其基本公式为:S s -=λ ⑾由于测定两地同一瞬间时刻之差的方法不同,故测定经度有各种不同的方法。

目前传统测量中多采用无线电法，无线电法测定经度就是通过收录时号的方法解决两地同一瞬间的时刻问题。

就恒星时来说，设由已收录时号得到相应世界时0T 的测站钟面时(恒星时)s ’，又由观测恒星算得其钟差u ，则正确的收时刻为u s s +='。

而正确的世界时0T 则可用换算的方法把它化为相应的格林尼治恒星时S,即:u T T S S o 00++= 于是得:)('000u T T S u s S s K ++-+=-= ⑿由此可知,无线电法测经度主要包含收录时号和测定钟差两项工作。

其主要包含两项误差,即收时误差和测钟差的误差。

2.1.2恒星中天法测定钟差的基本原理根据(9)式,若在子午圈上观测恒星,则其时角t=0,于是有:上中天: α=s ;下中天: h s 12+=α。