基本介紹
- 中文名：章動常數
- 外文名：Nutation constant
- 屬於：天文常數之一
- 稱為：章動橢圓
- 描繪：18.6年
- 見：歲差和章動
概述,歷史,主章動常數和對它的天文實測,實際測量主章動常數的天文方法,主章動常數的光學天文測定,
概述
章動橢圓的半長徑稱為章動常數，用N表示。章動常數可根據恆星位置或緯度的觀測資料來確定。
歷史
十九世紀末，紐康總結了以前的觀測資料，由27個測定值求加權平均得。
該值在1896年巴黎的國際基本恆星會議上被採納，一直沿用。1976年在國際天文學聯合會第十六屆大會上，通過了對於標準曆元2000年的新值N=9.2109"。
編制天文年曆所依據的章動理論是伍拉德在1953年建立的，它是以剛體地球模型為基礎的。二十世紀以來，根據觀測資料得出的章動常數，都與採用值有一定差異，因為地球並不是一個剛體。1977年國際天文學聯合會關於章動和地球自轉的第78次討論會，決定為修改章動常數成立一個專家工作組。這個工作組建議採用非剛體地球模型──莫洛堅斯基第Ⅱ模型代替剛體地球模型來計算章動。新建議的章動常數不再採用觀測值，而是依據月地質量比、日月歲差和章動常數之間在理論上已知的關係，先求出剛體地球的章動常數，然後換算成非剛體地球的數值。對於標準曆元2000年，N=9.2044"。1979年國際天文學聯合會第十七屆大會正式通過了這一建議，並決定於1984年正式採用。
主章動常數和對它的天文實測
作為一 個基本的天文常數，主章動常數的實測有其重要的意義。早在十九世紀末，對它的天文實測結果就有近30個之多。在此基礎上紐康取其權平均，得到N=9.2109"。這個主章動常數值一直被沿用到1983年。它已被國際天文學聯合會通過的1980IAU章動理論中的N=9.2025"所取代。但是，一些研究指出，這個新的主章動常數很可能仍存在著幾個毫角秒的誤差。如果真是這樣，對測量精度已達到了毫角秒級的天體測量新技術來說，這是一個值得注意的問題。
在紐康時代，主章動常數是一個由實際測量值定義的天文常數。但它已成為由理論研究得到的章動理論(或稱章動序列)中的一組常數，當然也是最大和最重要的一個組成部份。由於人們已經精確地測定了日、月、地球的質量、它們之間的相對位置和運動，精確地計算出日、月在地球上產生的引潮力，因此，章動作為地球對這種引力的一種回響，也就由此而得到。當然，這還有賴於對地球本身情況的了解。不同的地球模型，計算出來的章動也不一樣。
於是，我們就要提出這樣一個問題：由一種技術的觀測得出的一個地球模型，是否能符合另一種技術的觀測呢？這當然是不一定的。因為，不同的技術有其不同的特性和局限，所謂一個地球模型，從根本上來說只不過是對某種技術的某個觀測子樣的一個擬合，它不一定也同時適合於另一種技術、另一個觀測子樣的要求。所以，從不同的技術、不同的觀測子樣去研究地球模型，其結果往往是不一樣的。
如果上面的這個觀點是正確的，下面的幾點將是可能的：
- 基於地震觀測得到的1066-A地球模型，儘管地球物理界在一段時間內曾認為它是最優的，並不一定也同樣地適合於天文觀測；
- 基於1066-A地球模型的1980IAU章動理論，可能與天文觀測存在一定的偏差；
- 從原則上講，天文觀測技術可以對各種章動理論以至於相應的地球模型作出獨立的判斷，進而選擇一種最優的章動理論。
全面地討論這些問題已超出本文的範圍。研究的主要目的是列舉天文觀測的事實，進而說明就主章動常數而言，IAU在1982年通過的1980IAU章動理論已未必是一種足夠精確的理論了。對它作進一步研究和改進，是有其必要的。
實際測量主章動常數的天文方法
（1）基本公式
章動，即真級相對於平級的運動，可以用交角章動
和黃經章動
來表示。由於天文觀測資料往往按約定的章動理論歸算，所以在測量中實際解算的則是它們的改正數
和
；在對章動項進行實測時，無非是將上述改正數與實際觀測值相聯繫，組成觀測方程式。當觀測方程式的數目多於欲求的未知數時，就可以按最小二乘法進行求解。
例如在時間緯度測量時，可按下述兩個關係式組成觀測方程式：
（2）影響主章動常數測量精度的幾個主要因素
為 了能更好地提高主章動常數的測量精度，有必要進一步在理論上討論影響主章動常數實測精度的穩定性。測量真極在天球上的運動時，其結果直接受到所測天體在天球參考系中坐標誤差的影響。但是就主章動常數的測量而言，不同性質的坐標誤差其影響也不是一樣的。如果在整個過程中始終觀測同一組恆星或同一顆射電源，那么天體的星位誤差和自行誤差中的線性成份，並不會影響主章動項的測量結果。因為它們完全被觀測方程式中的常數項和線性項所吸收了。但是就章動的實際測量而言，往往要觀測多組恆星或多個射電源。正確地對觀測天體的星位誤差和自行誤差進行改正就成為一件重要的事。而這正是過去用光學技術對章動進行天文實測時還沒有解決好的一個關鍵問題。另一方面，當所測天體的坐標中還存在著其他性質的誤差成份時，情況就不完全一樣。特別是當所測天體的坐標中存在著與所測章動項相同周期的誤差成份時，該項系統性質的誤差將因無法被分離而進入到章動的測量值中去。在用雷射測距技術(LLR)進行主章動常數的測量時就會碰到這種情況。月曆表的不夠準確會明顯影響測量結果的精度，使所得的主章動常數難於突破4-11毫角秒的精度水平。在這一點上，甚長基線射電干涉測量(VLBL)技術的情況就要好得多。因為它觀測的射電源是一個穩定的測量目標。
主章動常數的光學天文測定
在本世紀七十年代以前，光學天文技術是直接測量主章動常數的天文手段。從圖1所示的測量誤差可以看出。在本紀七十年代光學技術達到鼎盛時期以前，主章動常數兩個分量的測量精度一直在提高；但中誤差
、
分別達到±0.002"和±0.003"的水平以後就有些停滯不前了。而當時，正值IAU在討論決定新章動理論的關鍵時刻。這樣的精度水平就使得當時的天文實測工作沒有能夠在檢驗幾種可供考慮的章動理論中起到應有的作用。
圖1 主章動常數測量誤差
圖1 主章動常數測量誤差正是在這樣一種形勢下，ILS和IPMS的Yumi，BIH的Giunot、Feissel都開始對過去天文觀測資料的全面整理和修正工作。這樣一份極其豐富的歷史天文資料，能否對主章動常數的實測作出一些新的貢獻呢?
