新天文参考系若干问题的研究

发布时间：2017-12-14 13:07

  本文关键词：新天文参考系若干问题的研究

  更多相关文章： 天体测量学 参考系 岁差-章动 星表 银河系 运动学和动力学

【摘要】：天体测量学的主要任务是精确测量天体的位置和运动,并为描述这些位置和速度提供高精度的天文参考系。近年来,天体测量正在发生深刻的变革：广义相对论取代牛顿力学成为基本理论；基本天球参考架从基于银河系内的亮星变成用甚长基线干涉技术(VLBI)测量的河外射电源；依巴谷计划(Hipparcos)计划证明了空间天体测量的强大生命力；CCD取代照相底片成为主要的信号接收器；在光学观测方面,光干涉技术取代了子午仪等传统天体测量仪器；观测的精度从毫角秒(mas)到微角秒(μas)；而激光测月(LLR)、激光测卫(SLR)、全球卫星定位系统(GPS)等技术在测量地球运动方面也起到越来越重要的作用。 为了适应这些理论和技术上的改变,国际天文学联合会(IAU)在近20年来通过了一系列关于天文参考系、地球自转、时间尺度的决议。然而,在天体测量精度迈向微角秒精度的过程中,有很多问题值需要仔细讨论,特别是参考系的理论也要求达到同样的精度水平。本文研究的主要内容是天文参考系的建立、具体实现和相互转换,以及建立高精度参考系必须考虑的若干重要问题。 在充分调研IAU决议,并解释其内涵和应用之后,本文首先研究了地球的岁差-章动模型,这对建立高精度参考系是十分关键的。我们从理论上估计了IAU2006/2000岁差-章动理论的精度(大约200μas),总结了可以改进的参数。利用最精确的VLBI观测和很长时期的光学观测,拟合了理论模型和实际观测的偏差,得到对岁差和长周期章动系数的改正。结果表明,当前的模型和观测符合的非常好,另一方面,光学资料虽然时间跨度很长,但由于其精度较差,并不足以用来改进高精度岁差-章动理论。 IAU在定义国际天球参考系(ICRS)时,假设了太阳的加速度为零,因此ICRS是一个准惯性参考系。然而在微角秒的精度下,太阳绕银河系中心旋转的加速度引起的光行差效应(称为“银河系光行差”)不能再被忽略。它引起的河外射电源视自行对ICRS和地球自转参数会产生系统影响。我们估计了银河系光行差造成的ICRS的整体旋转,从理论上推导了该效应对天球中间极(CIP)和地球自转角(ERA)的系统影响。利用国际天球参考架射电源表(ICRF1和ICRF2),模拟得到了参考架整体旋转和对地球自转参数的影响量级。银河系光行差的影响虽小(最大幅值100μas),但是随着观测和理论精度的提高,在几十年之后,这个效应在VLBI观测和河外射电源参考架的建立中必须加以考虑。而使用银道坐标系可以更好的描述银河系光行差的几何性质。 考虑到银道坐标系和基本天文参考系的紧密联系,以及银道坐标系对研究银河系动力学和运动学的重要作用,我们总结了银道参考系的定义和转换,发现一些工作在这个问题上的不恰当之处,并指出利用参考系转换定义银道坐标系并不是最佳的方法。我们认为应该利用观测资料直接定义银道坐标系：在新的参考系(ICRS)下,利用长波段的巡天资料拟合得到的最佳银道面位置和现在使用的坐标平面的夹角大约为0.5°,这表明银道坐标系有必要进行改进。同时,我们也提出了建立新银道坐标系的若干方法。 河外射电源参考架在光学波段非常暗弱,在通常观测中还需要光学天体测量星表作为参考。本文的第四项工作研究了在依巴谷参考架基础上的两部扩充星表,分别是美国系统的UCAC3和德国系统的PPMX星表。通过交叉认证,比较了两部星表的位置、自行、星等的系统差,发现在北天区两个星表差别很大,可能是UCAC3观测和数据处理造成的。另外,还得到了两部星表的整体偏差和旋转,并对使用它们作为天体测量参考星表提出了建议。 最后,利用高精度天体测量资料,包括位置、自行、视差、光度和颜色,我们研究了银河系运动学中的一个重要问题——外盘的自转曲线。使用银盘附近的碳星作为距离标准烛光,通过与UCAC3星表交叉认证,得到了银盘附近的74颗碳星的三维位置和空间速度,并计算了银河系外盘的旋转曲线。高精度自行数据的加入,为旋转曲线的确定提供了新的资料,得到的结果是曲线大致平坦的,旋转速度大约为210km s-1。 本文主要研究了以下问题,并得到了有意义的科学结果： 1、IAU2006/2000岁差章动模型的精度评估以及与观测资料的比较； 2、计算了银河系光行差效应对国际天球参考系和地球自转参数的系统影响； 3、厘清银道坐标系的转换,提出在ICRS框架下直接建立银道坐标系的方法； 4、展示了极高密度天体测量星表UCAC3和PPMX的系统差； 5、利用碳星的三维速度,计算了银河系外盘的自转曲线。 第二颗天体测量卫星Gaia预计在2013年发射,观测精度达到10μas,并且将获得超过10亿天体的位置和速度。地面的VLBI2010计划也将更精确的监测参考架和地球自转。未来10年天文参考系和天体测量必将有更重大的改变。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O412.1;P1

【参考文献】

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本文编号：1288002