第131章 天体测量法（1/2）

天体测量法（Astrotry）的原理与测量技术

天体测量法是天文学中最古老的观测技术之一，其核心是通过精确测量天体在天空中的位置、运动和几何关系来研究宇宙。这种方法不仅能确定恒星、行星等天体的精确坐标，还能探测它们的自行（properotion）、视差（paralx）和引力摄动，进而推算距离、质量甚至发现系外行星。以下是天体测量法的详细测量原理与技术实现方式。

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1.基本原理

天体测量法的核心在于测量天体的角位置（即在天球上的坐标）及其随时间的变化。主要依赖以下物理和几何原理：

(1)天球坐标系

-赤道坐标系：以地球赤道为基准，用赤经（RA）和赤纬（Dec）表示天体位置。

-黄道坐标系：以地球公转轨道面（黄道）为基准，适用于太阳系天体。

-地平坐标系：以观测者所在地平面为基准，用方位角和高度角表示。

(2)视差法测距

-恒星视差：地球绕太阳公转时，近距恒星相对于遥远背景星的位置会发生微小偏移（如图）。通过测量这种偏移角（以角秒为单位），可计算恒星距离：

\[

d(\text{秒差距})=\frac{1}{p(\text{角秒})}

\]

（例如，比邻星的视差为0.77角秒，距离约为1.3秒差距）。

-太阳系内天体的视差：通过不同地点的同步观测（如雷达或激光测距），可精确测定月球、行星的距离。

(3)自行（ProperMotion）

恒星在空间中实际运动导致的位置变化（单位：毫角秒/年），需扣除地球运动的影响（如岁差、光行差）。

(4)引力摄动

若恒星因行星引力发生微小摆动，其位置会周期性偏移（如发现系外行星HIPb）。

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2.测量技术与仪器

现代天体测量法依赖高精度仪器和数据处理技术，主要包括以下方法：

(1)地面光学天体测量

-子午环（MeridianCircle）：

-通过望远镜精确记录恒星经过子午线（南北向）的时刻和高度，确定赤经和赤纬。

-经典仪器如巴黎天文台的自动子午环，精度可达0.01角秒。

-长焦距望远镜+CCD：

-使用大口径望远镜（如美国海军天文台的26英寸折射望远镜）拍摄恒星场，通过比对参考星位置计算目标天体的偏移。

(2)空间天体测量卫星

-依巴谷卫星（Hippars,1989–1993）：

-首次实现全天高精度测量，观测11.8万颗恒星，位置精度达1毫角秒（as），测距误差小于10%。

-数据产物《依巴谷星表》成为现代天体测量的基准。

-盖亚卫星（Gaia,2013–今）：

-搭载10亿像素相机，测量10亿颗恒星的位置、自行和视差，精度达20微角秒（μas）。

-已发现数万颗系外行星候选体，并重构银河系三维结构。

(3)射电天体测量

-甚长基线干涉仪（VLBI）：

-通过全球多台射电望远镜同步观测同一射电源（如类星体），利用干涉技术实现亚毫角秒级精度。

-应用：测定银河系中心黑洞SgrA的位置，建立国际天球参考系（ICRF）。

(4)激光测距与雷达

-月球激光测距（LLR）：

-向月球表面的反射器发射激光，测量往返时间，计算地月距离（精度达毫米级）。

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