求天体真高度(0704)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,0,140,为正角度，称为主弧；,0,向右,5,左右为,负角度，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,(perpendicularity),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,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,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，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.,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。,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,h,s,，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,1.01105Pa,），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，,h,t,90,时，视差为零。天体越低，视差越大，,h,t,0,时，此时的视差称为地平视差,p,0,。,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