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第一节 天体测量学

2003/8/8 15:47:08

一、天文地球动力学

天文地球动力学研究内容之一是确定世界时和极点坐标测定。解放前,徐家汇天文台曾先后用高梯尔中星仪和帕蓝(Prin)中星仪进行世界时测定。当时的测时精度为±0.02S,并先后参加了民国15年(1926年)和民国22年2次国际经度联测。

民国28年起,徐家汇天文台参加国际时间局,按时寄送观测资料,以确定综合世界时。

1956年,徐家汇天文台增添了丹容(Danjon)等高仪,并把蔡司(Zeiss)目视中星仪改为光电记录,测时精度好于千分之十秒,是当时国际上同类型仪器中精度最高的。

1957年7月,徐家汇观象台的科技人员发现地球自转速率有一突然性变化,减慢了0.8毫秒。此后,又对地球自转速度的季节性变化,10年尺度变化及千年尺度的长期变化,以及地极运动的变化规律和机制开展了系统研究。

1957年10月9日,中国科学院数学物理化学部在上海召开授时工作会议,军事和大地测量部门代表提出建立我国的时间基准——采用我国的天文观测确定世界时。1959年,以徐家汇观象台的4架仪器和紫金山天文台本部的2架仪器的测时结果和两地的收报资料刊布综合时号改正数,从而建立了我国的世界时服务工作。

1959年6月,国务院将我国的时间频率基准任务下达给徐家汇观象台,并组织各有关单位建立我国的时间服务网。

同年,徐家汇观象台开始负责中国世界时测定的资料综合出版工作,先后编辑出版《快速时号改正数》、《地球自转参数年报》、《地球自转参数公报》等,提供有关应用部门使用。

70年代初,上海天文台与复旦大学数学系合作研究分析了1820~1970年地球自转资料,发现该时期地球自转变化可以用9~89年的11个周期及179年的1个长周期来拟合。随着新技术在天体测量学上的使用,从甚长基线干涉测量资料中,发现地球自转速度的季节性变化和某些高频变化,均起因于大气和地球自转角动量之间的交换,并发现了地球自转的9.33天周期。70年代中,由南京大学天文系、上海天文台、北京天文台等单位协作,用国内外测纬资料,建立以1968.0历元平极为参考原点的地极坐标,称为JYD系统,由天津纬度站负责归算和刊布。

70年代起,上海天文台开始了地震和天文因素关系方面的研究,包括地震与极移、地震与地球自转速率变化关系的研究,就本世纪以来张德勒摆动的振幅变化与全球地震频数相关性、地球自转季节性变化和我国大地震的关系等进行研讨。在分析1977年溧阳地震与紫金山天文台测时的变化时,发现地震与地方垂线变化有明显的相关,在大地震前几个月内,在距震中300公里范围内,天文台的时纬观测结果会出现异常。

80年代,上海天文台通过对1962~1986年地球自转日长变化的资料分析,发现地球自转年际速率变化与赤道海温变化存在着很好的一致性。1989年应用这一规律,采用日长变化序列的极小值,成功地预测了厄尔尼诺(ELNINO)事件将在1990年至1991年间达到盛期。此项研究的方法在国际上尚属首次,产生了较大的影响。

1983~1984年10月,上海天文台作为国内协调单位,联合其它有关台站参加了国际地球自转联测。

二、星表与天文常数

20世纪20年代,佘山天文台台长、法国神父蔡尚质(Chevalier Stanislans)编算了赤道带-0°50′~+0°50′中1.4万颗恒星照相星表,使该台的星表工作居当时的国际领先地位。

60年代以来,上海天文台不断用时纬观测资料作基本星表改正的工作,发表多本观测星表,如上海天文台第三期丹容等高星表、上海天文台光电等高星表等。并参加我国授时赤经星表的编制,发表上海的“亮星赤经及赤经自行表”,其中给出了1957~1974年上海和海南岛两地观测的赤纬-30°~+60°的904颗亮星的赤经改正和赤经自行改正,精度分别为±2.5ms和±14.4ms/百年,和苏联的授时综合星表相当。

利用丹容等高仪的观测资料,上海天文台与北京天文台、中科院测量与地球物理研究所给出了6个初始等高星表。上海天文台还用3期等高星表综合成为上海天文台综合等高自行星表,并参加我国光电等高总星表的编制,这一“综合等高星表”的赤经和赤纬的平均精度略好于1978年发表的法国的“等高星总表”。

1972年起,上海天文台用丹容等高仪积累了火星、木星和土星等大行星的大量观测资料,再加上国外观测的一些资料,研究了FK4星表的春分点和赤道面的改正。

80年代开始,上海天文台用目视等高仪和40厘米折射望远镜,测定100多颗射电星和射电源的位置,编制了《上海射电星星表》。1985年上海天文台出版了《42个疏散星团成员表》和《736对目视双星历表和视轨道总表》。1987~1990年,上海天文台参加中国大地测量星表的观测和编制。

三、授时和频率工作

上海开展授时工作的历史可以追溯到清光绪十年(1884年)。当时徐家汇天文台于每天正午在上海外滩用落球方法,晚间9时用灯光闪示法报告标准时间。民国3年,建立无线电台,每天11时和17时用人工电键法播送国际时号。民国15年开始用自动播时仪报时。

1957年,徐家汇观象台采用石英钟作为授时工具,使发播的BPV时号稳定度提高到千分之三秒,进入国际先进行列,供无线电计量、大地测量和航天等单位所使用。

1958年10月1日起,以BPV呼号正式发播5兆赫、10兆赫、15兆赫标准频率,稳定度为5×109,初步建立我国的频率标准。并根据国务院批示,中国科学院下达“关于增加发播时号的时间”的通知,自1970年4月1日零时起,每天24小时连续发播以BPV为呼号,长度为19ms,间距为50ms的UTO时号。

1958年开始研制氨分子钟。1964年氨分子钟振荡器研制成功,1970年投入使用。到1979年,改进后的氨分子钟的准确度已达1×109,用于控制我国短波无线电时频信号的发播,对提高标准时频信号的发播精度发挥了应有的作用。

1970年,上海天文台与有关单位协作,开始研制氢原子钟,并于1972年3月研制成第一台实验室型氢原子钟样机,填补了国家在这一领域的空白。到1975年9月,氢原子钟准确度达到7×1012,稳定度达3×1012,开始在标准频率发播工作中投入试用。此后,氢原子钟的稳定度和可靠性得到不断改进和提高,并逐步发展成一种可搬运的工程型氢原子钟,其稳定度为1015量级。

1970~1977年,上海天文台曾十几次为中国人造卫星的发射和回收提供了高精度的时间频率基准。

1978年1月8日,上海天文台建立了我国第一个独立原子时尺度。

1979年以后,上海天文台的实验室铯钟和商用铯钟开始加入原子时系统,并建立了测量精度约1μs的高精度自动化测量系统,使原子时尺度的水平有了较大提高。同年10月,上海天文台开始出版《原子时公报》,每月1期,发送国内外100多个单位。

1983年开始,上海天文台独立原子时成为当今世界上10个独立原子时之一,是我国最早参加国际原子时合作的单位,其频率准确度优于3×1013,长期频率稳定度优于1×1013,进入了世界先进行列。

四、照相天体测量学

早在20世纪初,佘山天文台使用40厘米赤道式“双筒折射望远镜”开展照相天体测量工作。民国19~20年第433号小行星——爱神星冲日前后,用该望远镜对爱神星进行了照相定位测量,共获得了243次照相定位资料。

1955年开始,当时的佘山观象台参加苏联《微星星表》的编制工作。1955~1963年,对10颗选定的小行星进行照相定位工作,共获得了700多次小行星的精确位置的测量资料。

同年,余山观象台又与苏联普尔科沃天文台合作,进行河外星系的照相观测。1956~1965年,共拍摄了51个天区,122张第一期底片,赤道范围+42°~-23°。1965年发表了《赤纬-5°~-25° 50个区域内,为测定恒星绝对自行而选定的河外星云星表》。此项工作,共鉴定了262个河外星云,其中有60个河外星云在其他星表内都没有记载过,并在大量底片上辨认出100多对双星,其中9对是属新发现的。

1962年开始,上海天文台开展天琴座RR型变星自行的测定。1980年发表《天琴座RR型变星自行星表》。它是当时同类星表中含星最多、精度最高的,受到国内外同行的好评。利用这本星表中的资料及国外的资料,对天琴座RR型变星的绝对星等、吻切轨道参数与金属含量指数ΔS的关系等问题,进行了一系列的研究,取得了有价值的成果。

1963年9月~1964年3月,上海天文台对月球进行了29次照相定位,其目的在于确定历书时。照相定位结果求得历书时和世界时之差为:1963.85:470=32.32S±0.32S。该项工作要求有专用的双速月球照相仪,能同时把月球及恒星拍摄在同一张底片上,并要求有专用的计算月球速度的数表及月球边缘改正值的图表,当时能进行此项工作的只有上海天文台、苏联的普尔科沃天文台和美国海军天文台等。

1979年起,上海天文台有计划地进行第二期底片拍摄和资料处理,并归算了8个天区,测定了1311颗恒星的绝对自行,测定精度好于苏联普尔科夫天文台的结果。

1979年11月,上海天文台开始用40厘米口径、7米长焦距的折射望远镜进行恒星三角视差的试验性观测,至1989年共测定了15颗恒星的三角视差,测定精度达到国际上同类仪器的水平。此项观测成果被收入美国耶鲁大学天文台主持编制的新版《恒星三角视差总表》。

1985~1986年哈雷慧星回归时,上海天文台利用照相天体测量的方法,精确测定哈雷慧星的位置。此项工作为改进轨道、计算精确的历表、进行轨道演变的非引力效应的研究提供了资料,并以最快的方式,把观测结果在12小时内直接发送给《国际哈雷慧星联测》组织的有关单位,为飞往哈雷慧星的飞船导航。

80年代末使用新研制的口径为1.56米,焦比为1/10的反射望远镜,进行近距暗星,特别富有天体物理意义的恒星三角视差的测定。

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