求天体真高度(0704).ppt

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1、天文航海,求天体真高度,航海六分仪(sextant),航海六分仪及其测角原理,1六分仪的结构,望远镜,动镜,滤光片,定镜,指标杆,刻度弧,弹簧夹,鼓轮,架体,刻度整度数,把手,航海六分仪(Marine sextent)由架体、光学系统和测角读数 装置等三部分组成。,光学系统包括望远镜、动镜、定镜和滤光片等； 测角读数装置有刻度弧、指标杆、鼓轮和游标等； 这些部件全部装在架体上，并通过指标杆将光学系统和 测角装置联结成一整体。,望远镜用于放大物标的单筒正影望远镜，观测前应根据 测者视力调整焦距。,刻度弧位于架体下端，刻有每隔1的圆弧。由0向左 0140为正角度，称为主弧；0向右5左右为 负角度，

2、称为余弧，主要用于测定误差。,指标杆以刻度弧圆心为转动中心，可沿刻度弧移动的 杆状半径。末端有度数指标，用以读取测角的度数。,动镜位于刻度弧中心并垂直于刻度弧平面，是可随指标 杆转动的反射镜。移动指标杆可转动动镜方向使物 标影象反射到定镜的反射镜部分。,定镜位于望远镜前方，垂直于刻度弧平面，是固定不动的、 一半可透视、一半可反射的平面镜。望远镜视野中心对准定镜 中心。通过透镜可直接看到物标(如水天线)，同时在反射镜部分 又可看到动镜反射的另一物标(如天体)的影象。望远镜光轴与定 镜平面的交角约固定为75。,弹簧夹和鼓轮装在指标杆末端随指标杆移动的制动夹。捏 紧弹簧夹，可使其背面的正切螺丝与刻度

3、弧下端齿槽脱开，从 而使指标杆带动鼓轮沿刻度弧自由移动。当松开弹簧夹后，正 切螺丝便与刻度弧齿槽相啮合，指标杆就不能自由移动了，除 非转动装在正切螺丝末端的鼓轮，正切螺丝随之转动，则螺纹 沿着齿槽移动，指标杆随之移动。所以捏紧弹簧夹头，用以粗 调指标杆位置，转动鼓轮则是微调指标杆位置。鼓轮转动一周， 度数指标沿刻度弧移动1小格，即1。在鼓轮上均匀地刻着60格， 每格代表1。鼓轮旁边的游标尺上的第一道刻线是分数指标， 测角的分数值是根据分数指标读取的。,游标尺是装在鼓轮右侧的一把环形短尺，用来读取测角 分数以下的读数。,滤光片在定镜和动镜前各有一组深浅不一的有色玻璃片， 称为滤光片，用于调节物标

4、的亮度。,2测角原理, HBA = OAB + h （ABO中，外角=不相邻的内角和）, h = HBA OAB = 23 22 = 2(3 2) （ HBA = 23 OAB = 22 ）, 3 = 2 + （ABD中）, = 3 2,h = 2,在海上从六分仪望远镜中看到天体S反射影像与水天线H相切时， 天体高度h等于定镜和动镜夹角的二倍。在六分仪的制造中，按 动镜A实际转动角度的二倍在六分仪刻度弧上刻注度数，因此从 刻度弧上可直接读出天体高度入的角度值。,3六分仪测角读数的读取法,正角读法,负角读法,航海六分仪的检查和校正,六分仪的测角误差主要有六个，其中三个为永久性误差， 其余为可校正

5、误差。,1永久性误差,永久性误差是由于制造工艺的缺陷而引起的系统误差。,(1)偏心差(centering error)：指标臂的转轴中心与刻度弧 的中心不重合所引起的误差。,(2)棱性差(option error)：动镜、定镜及滤光片前后镜表面互相 不平行，各镜表面不平而引起的偏差。,(3)刻度差（worm and rack error）：刻度弧、鼓轮和游标 的分划刻度不准所致。,这三项系统误差统称为六分仪器差s，出厂前已测定好，我们可 以从六分仪箱盖内的六分仪鉴定书中，以测角为引数查取，供 观测高度后修正。,六分仪器差表,六分仪器差表,2可校正误差,(1)垂直差，又称动镜差(perpendi

6、cularity) 产生原因：动镜镜面不垂直于刻度弧平面。 检查与校正：将指标臂移至35左右，左手平握六分仪，刻度弧朝外。眼睛置于动镜后，如果从动镜中看到的反射刻度弧与直接看到的刻度弧成连续的弧线时，表示没有垂直差；如果不成一连续的弧线而高低错开时，表明存在动镜差，需要校正。此时可用校正扳手慢慢转动动镜后面的校正螺丝，边看边转动校正扳手直到反射和实际弧像位于同一弧线上，从而消除垂直差。,垂直差检查,垂直差校正,(2)边差，又称定镜差(side error) 产生原因：定镜镜面不垂直于刻度弧平面。 检查与校正：加适当滤光片，将指标臂放在0左右，六分仪保持垂直对准太阳(或星体)，慢慢地正、反转动鼓

7、轮，仔细观察太阳(或星体)和其反射影像是否有左右分开现象。如有，说明存在边差。可用校正扳手调整定镜后远离架体的校正螺丝，使直接影像和反射影像左右不分开，直至完全重合为止。,边差检查,边差校正,(3)指标差i (index error) 定义：刻度弧上的0与动、定两镜平行时的六分仪读数m之差称为指标差i。指标差i与读数m的符号相反，即： i=0-m 产生原因：当动镜和定镜平行时，指标臂不指0。,检查与校正：,利用星体测定指标差 观测星体高度时，可利用星体测定指标差。所选用的星体不宜太亮，这样能重合得准。为了便于观测，星体高度也不宜过高。测定方法与上述测水天线的方法基本相同。,利用水天线测定指标差

8、 指标臂放在0，去掉滤光片，调好焦距。对准水线方向转动鼓轮，使直射和反射水天线一高一低现象严密相接成一直线，此时六分仪读数为m，则： i=0-m,利用水天线测定指标差,利用星体测定指标差,利用太阳测定指标差 由于测太阳影像较大，重合不易，所以一般采用实像、反射影像上下相切的方法。指标臂放在0，选好滤光片对准太阳，转动鼓轮，上切一次，其读数为m1，再下切一次，其读数为m2，两次相切读数的平均值等于两像重合的读数m，即：,因此，指标差i为：,用太阳测定指标差的优点是可以检验观测的质量。下切读数 m2与上切读数m1之差等于太阳视半径的四倍，由观测求出 太阳视半径为：,测定的太阳视半径R可与航海天文历

9、中列出的当天太阳 视半径值相比较。如果两者一致，说明观测可靠，所测指标差 也是可靠的。如果两者相差超过0.2，说明观测不可靠，故应 重新测定指标差。,例：2004年3月19日，用太阳测指标差，测得上切读数 m1=34.0，下切读数m2=30.5；由航海天文历查得当天 的太阳视半径为16.1，求指标差i，并检查指标差的观测质量。,解：,结果与航海天文历所列当天太阳视半径相同，说明所测得的指标差可靠。,当指标差i的绝对值超过6时， 就应缩小它。 方法是：将指标臂置于000.0 处，通过调整定镜后面接近架体 的校正螺丝，使星体或水天线的 直接影像和反射影像重合。 调整指标差后，定镜的垂直性被 破坏，

10、因此，还得重新校正定镜 的边差，再测定指标差，重复上 述校正方法直至指标差的绝对值 小于6为止。一般情况下，只要 校正一次即可满足要求。,m2,m1,一般情况下，六分仪检查校正顺序为：检查校正垂直差；检查校正边差；测定指标差。 如果指标差大于6，则应继续下列操作：缩小指标差；重新检查校正边差；重新测定指标差。 检查、校正垂直差和边差，必须在测天前进行。测定指标差，在测天前、后均可。,但如果所测物标较近，在1 n mile以内，由于光线到达六分仪 的两镜是不平行的，其间存在个夹角，称为六分仪视差y。 当物标无穷远时，视差为零；物标越近，视差越大。一般观测 天体或水天线，不存在六分仪视差，只有被测

11、物标与测者的距 离小于1 n mile时，才考虑六分仪的视差。,3六分仪视差y (parallax of sextant),对于一个无穷远的物标，光线是平行到达六分仪的动定两镜的。 当物像和反射影像重合时，动镜和定镜必然平行。如果没有指 标差，不但两镜平行，而且指标刻度也必然指在0。,使用航海六分仪观测天体的方法,观测前的准备工作 1.事先估计观测的时间，并选好欲观测的天体。 2.如舱室内外温度相差较大，应提前半小时左右，适应露天的温度。 3.准备好观测记录簿、铅笔等。 4.按预定的观测时间、推算测天时的天文钟差 5.若仍需用秒表记时求测天的天文钟时间，则应检查秒表启动、停止、归零等情况。 6

12、.检查、校正六分仪动镜、定镜，调整好望远镜焦距，根据需要选配好滤光片。 7.测定六分仪指标差，记下观测值。,观测天体高度的要领,根据定义，天体高度是天体中心和真地平圈在天体垂直圈 上所夹的大圆弧距，它等于天体中心和真地平圈在天球球 心所张的垂直角h。,观测天体高度的过程可分解为三步： 首先将天体的反射影象往下拉到水天线附近； 接着使天体的反射影象在天体垂直圈上与水天线重合或相切； 最后记下准确重合或相切的时刻。,用六分仪测量天体高度，就是测出天体和水天线在天体垂直 圈上的弧距，所以六分仪刻度弧的平面必须与天体垂直圈平 面相重合。这就是说观测天体高度时，六分仪应处于垂直位 置，并与天体的方位一致

13、。,观测星体高度，是使星体光点与水天线重合，测它的中心高度。 太阳、月亮是一圆面，看圆面中心与水天线重合，不如看圆面边缘与水天线相切来得准确。 观测太阳、月亮下边缘与水天线相切的高度，称为下边高度；与上边缘相切的，则称为上边高度。,观测过程可概括为：大摆找切线，小摆找切点，微摆等相切。,求天体真高度,在海上用六分仪观测天体的高度是在可见地平上的高度，即得 到六分仪高度读数hs，经指标差i和器差s修正后为天体观测高度 ，再经过一系列改正后，才能得到天体地心真高度 。,影响观测高度的因素,1蒙气差 (refraction),蒙气差订正值恒为“-”。,一般采用大气平均状态的蒙气差（气温10，气压 1

14、.01105Pa），其经验公式为：,天体越高，蒙气差越小。同时用平均蒙气差。代替实际蒙气差 的误差也小。天体越低，蒙气差越大。同时用平均蒙气差代替 实际蒙气差的误差也大。,为了使求得的平均 蒙气差。来代替实 际蒙气差而不产生 较大误差，通常要 避免观测高度小于 15的天体。最好 观测高度大于30 的天体。,2眼高差d（dip）,视地平低于地面真地平的角度称为眼高差(Dip)，并用d表示。 眼高差又称海地平俯角。眼高差(d)使观测高度增大，求真高 度时从观测高度中减去眼高差。所以，眼高差(d)恒为“-”。,眼高差的计算值与实际 值的不一致，常常是引 起真高度系统误差的一 个相当主要的误差。,天体

15、观测高度hs经眼 高差改正后，得到相对 于地面真地平的高度， 因此称为天体地面高度 h。,3视差(parallax),天体地面真高度与地心真高度之差称为视差p 。 视差订正值恒为“+”。,视差大小取决于天体高度 和距离D。 天体距离越近，视差越大。 反之，视差越小。 天体越高，视差越小， ht90时，视差为零。天体越低，视差越大， ht0时，此时的视差称为地平视差p0 。,天体到地球的距离不同，地平视差也不一样。经计算不同天体的最大地平视差值可达： 月亮61.5、金星0.6、火星0.4，太阳为0.15；而恒星的最大视差仅0.75，完全可以忽略不计。因此，在航海上只需对太阳、金星、火星和月亮进行

16、高度视差改正。,4半径差SD(semi-diameter),航海天文历所列的天体坐标都是天体中心位置的坐标， 所以天体的真高度也应是天体中心的真高度。但在观测太阳或 月亮时，一般是它的下边(或上边)高度，这样，天体中心高度 与所测下边(或上边)高度之差称为半径差SD。所以半径差的订 正值有“。,天体的视半径是随天体和地球 之间距离而变化的，如当地球 最靠近太阳时，SD最大为 16.3（12月1月）； 最远时，SD最小为15.8 （6月7月）。 航海天文历中天体位置表 的太阳栏内，列有三天一值的 太阳视半径，可根据日期查取。,天体高度总改正,1天体高度逐项改正,在水天线上测得天体六分仪高度读数，

17、经指标差i和器差s改正 得出天体观测高度h0后，还需经过眼高差d、蒙气差、视差p 和半径差SD的改正，最终得出天体地心真高度。,2求太阳真高度,当观测太阳下边高度后，求太阳真高度ht的公式为：,若观测太阳上边高度，则求太阳真高度的公式为：,(1)眼高差表d：以测者眼高e(m或h)查取眼高差。 (2)太阳改正表c：包括平均蒙气差、太阳视差和太阳半径差，因为平均蒙气差和太阳视差均随观测高度 而变，所以查表引数为观测日期段和太阳下边或上边观测高度，分别查取太阳下边或太阳上边的高度改正，由于编表方式采用临界表，所以无须内插。,ht=hs+(眼高差表值)+(综合改正值)+(修正附加数) =hs-d+TC

18、OR+ACOR,例：2004年4月26日，测得太阳下边六分仪高度读数 3205.4， 指标差和器差为-1.2，测者眼高e为8m，求太阳真高度。,解： 六分仪高度： 3205.4 指标差和器差 -1.2 太阳下边观测高度 3204.2 眼高差 -5.0 太阳下边总改正 +14.5 (+14.6+-0.1) 真高度 3213.7,例：2004年12月28日，测得太阳上边六分仪高度读数 4216.5，指标差和器差为+1.2，测者眼高e为18.8m， 求太阳真高度 。,解：,六分仪高度： 4216.5 指标差和器差 +1.2 太阳下边观测高度 4217.7,眼高差 -7.6 太阳下边总改正 - 17.

19、1 (+ 15.1+-32.2),真高度 4153.0,3求星体真高度,(1)求恒星、土星和木星真高度 这些星体离地球很远，同时是测其中心与水天线相切的，所以观测高度改正中不存在视差和半径差SD。 眼高差表：是和其它天体高度改正共用的。 星体高度改正c：实际上就是平均蒙气差表，查表引数观测高度。,例：2004年7月6日，测得织女一高度读数 1726.4，指标差 和器差为-1.8，测者眼高e为21 m，求织女一真高度 。,六分仪高度 1726.4 指标差和器差 -1.8 恒星观测高度 1724.6 眼高差 -8.1 蒙气差 -3.1 恒星真高度 1713.4,解：,(2)求金星、火星真高度,由于

20、金星、火星离地球较近，因此和求星体真高度相比只多了一项天体视差改正。 眼高差表：是和其它天体高度改正共用的。 星体高度改正：实际上就是平均蒙气差表，查表引数为观测高度。,ht= hS-d -+p,行星高度补充改正是对金星和火星的视差改正。 表中列出了视差的值，由于天体的地平视差和天体到地球 的距离有关，因此，和观测日期有关，所以查表引数是观 测日期和观测高度 。,例：2004年3月7日，测得金星高度六分仪读数2518.8， 指标差和器差为-0.8，测者眼高e为14m，求金星真高度。,解：,六分仪高度 2518.8 指标差和器差 -0.8 金星观测高度 2518.0 眼高差 -6.6 蒙气差 -

21、2.0 金星补充改正 +0.1 金星真高度 2509.5,4利用Nautical Almanac Tables求太阳真高度,当观测太阳下边高度后，求太阳真高度ht的公式为：,若观测太阳上边高度，则求太阳真高度的公式为：,(1)眼高差表d：以测者眼高e(m或h)查取眼高差。 (2)太阳改正表c：包括平均蒙气差、太阳视差和太阳半径差，查表引数为眼高差、下边观测高度。 （3）太阳月份改正表c：按月份查去。,ht=hs+(i+s)+C+C ,例：2004年7月28日，测得太阳下边六分仪高度读数 5432.4， 指标差和器差为+2.2，测者眼高e为16m，求太阳真高度。,解： 六分仪高度： 5432.4 指标差和器差 +2.2 太阳下边观测高度 5434.6 太阳下边总改正 +8.3 c -0 .2 真高度 5426.5,