基本介紹
- 中文名：大地天文學
- 外文名：the astronomy
- 分支：天文學
- 研究對象：天文定位
學科要義,簡介,球面天文,實用天文,主要任務,天文觀測,展望,
學科要義
簡介
大地天文學的傳統課題包括：
這些任務都包含對各種誤差的分析及對削弱和消除誤差的研究。近代已能測定地麵點在以地心為原點的三維直角坐標系中的地心直角坐標，用諸如甚長基線干涉測量、雷射測距、全球定位系統測量等技術，精度可達幾厘米量級。
它是天文學的一個分支。研究確定地麵點的天文經緯度和天文方位角的理論和方法之學科。為研究地球形體及地面要素歸算所需的數據，應在天文大地網的部分點上做精確的天文經緯度測量，以便獲取天文大地垂線偏差；為推算大地方位角以控制大地網觀測中橫向誤差的積累，還必須在相同點上進行精密的天文方位角測定。由天文測量和三角測量(或導線測量)方法所建立的國家一、二等三角鎖網(或導線網)稱天文大地網；地面一點的天文子午面與經過此點至另一點的垂直面之間的夾角稱天文方位角；相隔若干緯度並顧及地區分布設定的天文測量中所測定的人儀差天文點稱天文基本點，中國的設在北京、上海、廣州、西安、烏魯木齊、成都、拉薩、武漢及長春等地。
它的主要內容包括下面兩部分：
球面天文
在天球上建立一些坐標系來確定天體在天球上的位置。位置隨著時間變化，故也需要建立幾種時間計量系統。它還研究影響天體位置變化的各種因素——比如：大氣折射/視差/光行差/歲差/章動/恆星自行等——並討論計算任一瞬間天體在天球上的位置的方法。球面天文是實用天文的理論基礎。
實用天文
研究的只要內容為：天文測量儀器的結構和使用方法、測定地麵點的經緯度和地面目標方位角的理論和觀測方法以及觀測數據的處理，並且討論地麵點的經緯度和方位角發生變化的因素（如：地極移動）及其改正等問題。
主要任務
大地天文測量的主要任務有二：一是在大地控制網中每隔一定距離的點上測定天文經度和方位角，據以計算拉普拉斯方位角，這些點稱為拉普拉斯點；二是在該網中每隔一定距離的點上測定天文經、緯度，以提供垂線偏差，這些點稱為垂線偏差點。通常在拉普拉斯點上也測定天文緯度，所以同時也是垂線偏差點。
拉普斯拉點的作用
拉普拉斯點的作用，在於為大地控制網提供方位控制。垂線偏差點的作用，在於將地面上觀測的方向(或角度)和距離化算到參考橢球面上，以及測定大地水準面形狀。垂線偏差對於大地控制網的尺度控制也有一定的作用，因為利用垂線偏差由天文水準或天文重力水準求得的大地水準面至橢球面的差距若有6.38 m的誤差，地面上起始邊化算到橢球面上的長度將有百萬分之一相對誤差。由於這一原因，大地水準面至橢球面差距的精度不得低於2~3 m。
拉普拉斯點上天文經、緯度和方位角是以一等精度測定的。在幾何大地測量中，這些觀測工作是很繁重的。
垂線偏差是大地水準面的傾斜變化，由較密集的垂線偏差可以求定大地水準面的精細結構。
天文觀測
為了測定天文經、緯度和方位角所進行的天文觀測，不外是測量天體的天頂角或天頂角差，天體經過某一特定位置的時刻，或者是天體在任意位置的方向和時刻。為此，觀測儀器應包括測角儀器、守時儀器和記時儀器。為了收錄時號，還需要無線電接收機。
就觀測方向和天頂角來說，大地測量的測角儀器在原理上可用於天文觀測。但為了適應天文觀測的特點，需要作必要的改變和配備一些附屬檔案。
一般的測角儀器只觀測低目標，天文觀測有時需要觀測近天頂星，所以望遠鏡需要改成折軸式的。
一般的測角儀器只觀測固定目標，天文觀測需要跟蹤移動的星影，所以需要裝有動絲的超人差測微器，以消減人差的影響。
由於上述原因，角度觀測中消減儀器誤差的通用方法，在天文觀測中已不適用，所以需要有高靈敏度的跨水準器或掛水準器以及與水平軸成正交的水準器。用來分別測量水平軸傾斜和望遠鏡傾斜的變化。滿足上述要求的測角儀器稱為全能經緯儀，如瑞士WILD廠的T4。
同一瞬時某地的地方恆星時與格林尼治本初子午線上零點的恆星時之差，就是該地的經度。因此，天文經度的測定包括兩項工作：一是觀測恆星以測定地方恆星時(簡稱測時)；二是收錄時號，求定同一瞬時本初子午線零點的恆星時。無線電時號是以一定頻率按一定程式播送的時間信號，因此，經度測定就是測時。某些固定天文台站測時和緯度所採用的儀器和方法與大地天文觀測所採用的相同，如中星儀、天頂儀、稜鏡等高儀和攝影天頂筒。這些儀器用於大地天文觀測，體型都有了改變，使之小而輕，適用於野外觀測。因此，有人也把大地天文學稱為野外天文學。
固定台站和野外天文觀測雖然都是測時和緯度，但它們的任務各不相同。固定台站是為編算星表提供數據，或者是提供地球自轉參數。就前一任務來說，現在已發射了載有空間望遠鏡的天體測量衛星，目的在於編算高精度的星表，它提供的數據比地面固定台站豐富得多。就後一任務來說，利用空間大地測量技術測定地球自轉參數的準度比傳統光學天體測量方法提高了約20倍。
綜上所述，可知無論是大地天文觀測，或者是固定台站的傳統光學天體測量，它們的任務已為空間大地測量技術所取代。
展望
已往，大地天文學的主要任務是控制大地網的橫向誤差和求定天文大地垂線偏差。隨著空間技術的發展，今後的大地網當不再是角和邊的傳遞來組成了，邊長已不再受到視線和地形限止，可以長達數百到數乾公里。觀測所得的三維坐標與大地計算所依據的數學面只是幾何的關係。因此，老的經典的大地天文學概念就不可能繼續存在，必須跟上科學的發展，正如同大地測量學本身隨著手段的發展已改變其原來的控制網建設的概念。
今後的大地天文測量與大地測量，它們的觀測手段和觀測對象都是相同的(過去是不同的)。很顯然，空間大地測量的觀測對象是天體，不論是自然的還是人造的，天體的運行是按照天文學的規律，還有地極的運動，時間的概念等，這些是大地天文工作者所長，而在地球面的運算則是大地測量工作者所長，相互結合，取長補短是我國空間大地測量快速發展的道路。
實際上，國內外許多天文機構和天文工作者，在利用空間技術方面都已為大地測量作出了重大的貢獻，諸如精確的地球扁率，全球重力場模型，洲際長基線，地殼板塊的位移等。還有國際地球自轉的聯測，新的地球自轉服務機構(IERS)都一再宣稱：地球自轉參數的精密定位也是為高精度大地測量服務。同樣，許多大地測量機構和學者也已在研究與大地測量相關的天文工作，如美國測量局(NGA)就是一例。
科學技術工作正常由於技術手段的發展賦予科學研究新的生命，天文學由於精密時計的出現而發現地球自轉的不均勻性，因而產生了地球自轉科學的研究。大地測量由於電磁波測距的出現，使大地網中測邊取代了測角。今天，大地天文學和大地測量學在新手段已完全相同的情況下，學科內容自然要作調整。從學科的原有條件說，大地天文學理應發展為空間大地測量學，其內容除建立國家控制網外，應著重於研究參考坐標系、衛星軌道以及地殼的運動和形變。
此外，天文學作為一門為生產實踐服務的學科，地球科學的進展也將給大地天文學提出新的要求。地球上層和內部的地球物理學的進展，在大地測量學中發展了物理大地測量，是著重研究地球外部力學形態的專門學科。為了解地球土層結構，天文大地垂線偏差將賦予新的含義，垂線的方向很大程度上取決於地表以下的物質分布，那宋天文大地垂線偏差將提供反演地質結構的素材。垂線方向的變化意味著地表下物質的遷移，可反演地應力的演變，有希望發展為預報地震的手段。又動態大地測量已提到非常重要的日程上來，作為對地球科學定性定量觀測的大地測量學，是否只遵循“測圖”這么一個老框框呢?單純“測圖”的概念將有可能扼殺大地測量學。
所以，大地天文學與大地測量融為一體外，作為地球科學的研究手段以及一些工程測量中的需要，採用經典的光學手段天文經緯度和天文方位角的測定仍須繼續保持。前面提到的大地水準面的研究，大地水準面是地球內部結構與運動的物理特性的一種幾何表征，不僅是地球物理學的重要任務，在動態大地測量中也是非常重要的任務。以地表力學坐標係為主要參考系的經典天文測量是研究大地水準面的主要手段之一。工程測量方面，如隧道、航道、鐵道、公路等勘測中的方位測定；在某些工程項目如陀螺和慣性測量等絕對定位對天文方位角精度有很高的要求，還有待很好研究。此外，在一些空間技術(VLBI，SLR…)觀測站除去它本身的地心坐標外，還須有均一系統的天文坐標，坐標精度要求亦會很高。為了探索地震預報，在多震區的天文經緯度的長期觀測也可作出貢獻。
在新舊技術手段交替的時代，我們的技術決策正確是否，將給大地測量學、大地天文學帶來好的或不好的結果。
