天文坐标系

时间:2015-02-02     点击:加载中   【打印此页】  【关闭

  天文坐标系是一种以大地水准面和铅垂线(Plumb Line)为基准的地固坐标系(地球坐 标系)。如图2-4 所示,在天文坐标系中,天文子午面(Astronomical Meridian Plane),就是 包含铅垂线方向并与地球瞬时自转轴平行的平面。起始天文子午线(Prime Meridian),就是 全球用来计量天文经度的起始经线(零度经线),也叫本初子午线或首子午线。起始天文子 午面(Initial Astronomical Meridian Plane)就是起始天文子午线所决定的平面。

  这样,地面一点P 的坐标可以表示为P( λ ,ϕ ,H 正)。λ 表示天文经度(Astronomical Longitude),即过P 点的天文子午面与起始天文子午面的夹角。ϕ 表示天文纬度(Astronomical Latitude),即P 点的铅垂线方向与瞬时赤道面的夹角。H 正表示正高(Orthometric Elevation), 即P 点沿铅垂线方向到大地水准面的距离。

  与天球坐标系不同,以大地水准面和铅垂线为基准的天文坐标系,它的稳定依赖于地球 自身运动状态的稳定。如果假定地球内部物质运动以及地球与其它天体的相互作用都不存 在,那么地球就可以被视为一个刚体(Rigid Body)作匀速自转运动。而实际上,由于地球 内部物质运动以及地球与其它天体的相互作用都真实存在,地球自转轴在地球内部也在不断 运动,所以地球极点在地表的位置随时间而改变,这种现象称为极移(Polar Displacement)。 如图2-5 所示,随时间变化的极点叫瞬时极(Instantaneous Pole),随时间变化的自转轴叫瞬 时自转轴(Instantaneous Rotation Axis),此时的地球坐标系叫瞬时地球坐标系(ITSInstantaneous Terrestrial System)。

  极移的存在,致使地面点的天文坐标具有类似周期性的变化,使用起来繁悖丛生。解决 这个问题的办法类似于协议天球坐标,就是选取一段时间地极在地表运动轨迹的平均位置来 定义天文坐标系。这个位置称为平均极点(Mean Pole),简称平极。1967 年,根据1900~1906 年期间(平均历元1903.0)5 个纬度站的观测结果,国际上开始采用1903.0 平极作为地极原 点,称作国际协议原点(CIO-Conventional International Origin)。

  在历史上,国际上曾一度把通过格林尼治天文台(RGO-Royal Greenwich Observatory) 的子午线作为起始天文子午线。20 世纪60 年代,由于格林尼治天文台迁址等原因,国际时 间局(BIH-Bureau International de l’Heure)决定改用平均天文台(Mean Observatory)来保 持起始天文子午线的位置,由于历史渊源,习惯上仍然称作格林尼治平均天文台。这个系统 被称为BIH 1968,它的经度原点E(起始天文子午线与赤道的交点,如图2-4 所示)由平均 天文台40 多个天文台站的观测值综合确定,它的地极原点则采用国际协议原点(CIO)。后 来,随着科学技术水平的提高以及更多的天文台站参与观测,又相继出台了BIH 1979 和BIH 1984。由此,地固坐标框架就相对固定了,避免用一个天文台来保持经度原点的不科学,同 时地面点的天文坐标也不会因为极移而产生歧误。

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