天文常數系統是用於編算天文年曆和計算天體位置的一組與地球有關的常數，包括：地球的大小、形狀和重力場，地球的軌道要素，歲差常數、章動常數和光行差常數，以及太陽、月球和行星的質量等數值。這些常數是使用天文、物理或大地測量學的測量方法直接或間接測定的。它們綜合地表示出地球以及太陽系其他天體的力學特性和運動規律。
基本介紹
- 中文名：天文常數系統
- 性質：常數系統
- 屬性：天文
- 時間：1896年
簡介,紐康天文常數系統,發展,套用,天文常數,長度單位,時間單位,太陽資料,地球資料,銀河系資料,物理常數,
簡介
天文常數系統是用於編算天文年曆和計算天體位置的一組與地球有關的常數，包括：地球的大小、形狀和重力場，地球的軌道要素,歲差常數、章動常數和光行差常數,以及太陽、月球和行星的質量等數值。這些常數是使用天文、物理或大地測量學的測量方法直接或間接測定的。它們綜合地表示出地球以及太陽系其他天體的力學特性和運動規律。 到目前為止，天文觀測主要在地面上進行，直接測量的是天體相對於觀測站的位置。但是，在理論研究中所計算的是天體相對於地月系中心、日心或銀河系中心的位置。為了把觀測結果同理論計算結果進行比較，必須把它們換算到同一個坐標系統，而在坐標換算時就需要利用上述常數。因此，天文常數系統是研究天體的空間分布和運動規律的基本數據。
在天文常數系統中，各個常數的數值並不是完全獨立的。根據天體力學的理論，某些常數之間應該滿足一定的數學關係式。這樣,在選定各個常數值時,除應考慮它們的觀測精度以外，還要考慮它們相互之間的理論關係，即它們的系統性。這就是所謂“系統”的含義。正因為如此,天文常數系統中的各個常數值,並不一定都是當時最精確的測定值。天文常數系統的建立和修改，一般都經過國際會議討論通過，並且規定各國的天文工作者在統一的時間內共同使用。到目前為止，先後建立了三個天文常數系統。
紐康天文常數系統
1896年在巴黎召開的國際基本恆星會議上，首次決定在各國天文年曆中共同採用美國天文學家紐康所確定的歲差常數、章動常數、光行差常數和太陽視差等常數值。當時還沒有提出天文常數系統的概念,只考慮到這樣做便於天文年曆的比較和使用。以後逐步擴充了一批共同採用的天文常數，儘管它們之間並沒有明確的系統性，但由於其中的主要常數值大多是由紐康所確定的，後人習慣上把這批常數統稱為紐康天文常數系統。這個系統一直使用到1967年底。 紐康天文常數所依據的大多是1750～1890年間的天文觀測資料，精度較低。此外，它還存在兩方面的缺點：①主要常數值之間存在矛盾。例如由太陽視差推算天文單位距離的光行時，得τA=498▄58,而由光行差常數推算，則得τA=498▄38。又如 E.W.布朗的月球運動表中所採用的地月質量比 1/μ=81.53，與紐康所確定的數值1/μ=81.45不同；②在確定各常數值時,沒有考慮地球自轉不均勻性、銀河系自轉和相對論效應等因素的影響。
發展
第二次世界大戰以後，出現了一些測量天文常數的新的觀測儀器和方法，特別是利用人造衛星、行星際火箭和雷達測距等,使觀測精度大為提高。另一方面,為了發射人造衛星和行星際火箭，又對天文常數的精度提出了更高的要求。在德西特和克萊門斯工作的基礎上，經過1950年和1963年兩次國際天文常數會議的討論，建立了新的天文常數系統。
1964年國際天文學聯合會天文常數系統 這個系統是1964年國際天文學聯合會通過的，規定從1968年開始正式使用。系統中包括定義常數、基礎常數、導出常數和行星質量系統四類。定義常數是用定義規定的常數,它們沒有誤差；基礎常數是直接測定的最精確的常數；導出常數是根據它們同定義常數和基礎常數的理論關係式計算的常數；行星質量系統是專門在行星運動理論中所採用的一組常數。 這個系統的常數值比紐康天文常數系統更精確，常數之間的關係也更合理，但是對於黃經總歲差、黃赤交角、章動常數和行星質量系統,則因牽涉的問題較多,尚未進行修改。1974年國際天文學聯合會又組成一個修改天文常數的工作小組，提出了第三個天文常數系統。
1976年國際天文學聯合會天文常數系統 這個系統是1976年國際天文學聯合會通過的，規定從1984年開始正式使用。這個新系統,除根據新的觀測資料對1964年系統中的各常數值作了修改外,還有下面幾點變化:①給天文學的基本單位作出規定：國際單位制的長度、質量和時間單位分別是米、公斤和秒。天文學的時間單位是日，等於86,400秒。36,525日等於一儒略世紀。天文學的質量單位是太陽質量 S。除了對天文學的時間單位和質量單位作出規定外,還用高斯引力常數k=0.01720209895來規定天文學的長度單位A,它又簡稱為天文單位。②根據天文學時間單位的新規定，這個系統中取消了關於曆書時的定義常數。③把計算天文常數的標準曆元由1900年改為2000年。新的標準曆元是公元2000年1月1.5日，即儒略日2,451,545.0，記為J2000。④把天文單位距離的光行時由導出常數改為基礎常數。另外把引力常數 G作為新的基礎常數。
1984年前將出版一本用新天文常數系統計算的新的基本星表── FK5星表。在採用新天文常數系統的同時，將採用FK5星表作為天文位置的基本參考系統。此外,由於採用新的歲差常數，所有過去測定的恆星自行都需要作相應的改正。
套用
天文常數系統的建立既與天體運動的理論有關，又與各常數的測定技術和方法有關。它有很多尚待研究的問題，例如，行星和月球的運動理論存在某些不完善的地方。此外，目前所採用的章動理論是根據剛體地球模型建立的，在1979年的國際天文學聯合會大會上，用非剛體地球模型計算章動常數得N=9獎2044(J2000),並決定從1984年起採用。
天文常數
長度單位
1天文單位（AU）=1.49597870E11米
1光年=9.460536E15米=63239.8天文單位
1秒差距（pc）=3.085678E16米
=206264.8天文單位
=3.261631光年
1英里=1.609344公里
1埃=1E-8厘米=1E-10米
時間單位
平恆星日=86164.094平太陽秒
地球平均自轉周期=86164.102平太陽秒
平太陽日=86400平太陽秒
交點月=27.21222日=27日5時5分35.808秒 分點月=27.32158日=27日7時43分4.512秒 近點月=27.55455日=27日13時18分33.124秒
朔望月=29.53059日=29日12時44分2.976秒 恆星時=27.32166日=27日7時43分11.424秒 食年=346.6200日
回歸年=365.2422日
格里曆年=365.2425日
儒略年=365.2500日
恆星年=365.2564日
近點年=365.2596日
太陽資料
質量=1.9891E30千克
半徑=696265公里
有效溫度=5770開
輸出功率=3.83E26瓦
發光強度=2.84E27坎德拉
絕對星等=4.75
絕對目視星等=4.84
熱星等= -26.82
目視星等= -26.74
地球附近的太陽風速度≈450公里/秒
太陽速度=19.75公里/秒（朝太陽向點α=18h07m，δ=+30°）
地球資料
質量=5.974E24千克
半徑：赤道處 a =6378.140公里 極處 b=6356.755公里 平均=6371.004公里
緯度1°長度=111.133-0.559cos2φ 公里（緯度φ處）
經度1°長度=111.413cosφ-0.094cos3φ公里
標準大氣壓=101.325千巴（相當於1平方厘米上施加1公斤的力）
標準大氣中的聲速=331米/秒
表面磁場強度=5E-5 特斯拉（T）
磁極：76°N，101°W；66°S，140°E 表面重力加速度 g=9.8.6米/平方秒（φ=45°處）
年齡=4.6E9年
脫離地球的逃逸速度=11.2公里/秒
太陽視差=8″.794148
光行差常數=20″.49552
黃赤交角=23°.44007
歲差=50″.26
歲差周期=25800年
公轉速度=29.8公里/秒
距太陽1天文單位處脫離太陽的逃逸速度=42.1公里/秒
銀河系資料
銀心方向：α=17h42m.5， δ=-28°59′
太陽距銀心≈9千秒差距
北銀極：α=12h49m， δ=-27°24′
太陽處銀河系旋轉速度≈250公里/秒
太陽處銀河系旋轉周期≈220E6年
相對於3K背景的運動速度≈600公里/秒 （朝向α=10h， δ=-20°方向）
物理常數
光速 c =2.99792485E8米/秒
普朗克常數 h =6.6262E-34焦耳·秒
引力常數 G =6.672E-10牛頓·平方米·千克-2
電子電荷 e =1.6022E-19庫倫
電子靜止質量 me=9.1095E-31千克
質子靜止質量=1.6726E-27千克
阿伏加德羅常數 Na=6.022E26千摩爾-1
質子質量單位 μ=1.6606E-27千克
波爾茲曼常數 κ=1.381E-23焦耳·開-1
斯提芬-波爾茲曼常數 σ=5.67E-8瓦·米-2·開-4
維恩定律 λmT=2.898E-3米·開
中子靜止質量=1.67493E-27千克
哈勃常數 H≈50-75公里·秒-1·百萬秒差距-1
（熱化學的）卡=4.184焦耳
電子伏 eV=1.6022E-19焦耳
