5章天文观测工具和手段
第五章天文观测工具和手段
宇宙间天体的相关位置和运行都有一定的规律。从古人对天象的观测和记录到人类认识宇宙的光学望远镜时代、射电望远镜时代以及空间望远镜时代，人类天文测量技术有了很大的发展；现代的天文测量技术主要应用于宇宙太空观测、探测宇宙奥秘等方面。本章简要介绍了获得宇宙信息的渠道、人类探索宇宙的基本方法和工具,以及现代天文观测研究的进展和构建虚拟天文台。
§5.1 获得宇宙信息的渠道
一、来自宇宙的信息
1．电磁波
天文学是观测的科学，主要靠天体辐射到地面的信息中去研究它们的分布、运动、物理化学性质、结构和演化规律。目前，绝大部分是通过认识天体的电磁辐射获取的。那么，什么是电磁辐射呢?
自古以来，人类都是靠观测遥远的天体发射来的光辉去研究它们，直到20世纪中期以前，人类的天文知识几乎全部依靠天体发出的可见光辐射所传递的信息获得。几个世纪以来，人们对于光的理论一直进行着争论，一种认为光是波动的，另一种认为光是由粒子组成。现在我们知道，这两种学说见解都是反映了真理的一个方面，光具"波粒二重性"。
对光的本质的认识，是在19世纪60年代创立了电磁场理论之后。英国科学家麦克斯韦提出，电磁波以波动的形式传播，其传播速度与光速相同，被称为电磁波。从而把当时认为彼此无关的光和电磁波统一起来，即光不过是一定波长范围内的电磁波。到19世纪80年代通过一系列实验，成功地证实了电磁和光具有共同的特性。从此，麦克斯韦的电磁场理论得到普遍承认。可见光、红外光、紫外光都是电磁波，只是波长不同而已（图5-1）。
宇宙中的天体辐射就是电磁辐射，就波长来说，从108cm～10-12cm。我们眼睛所能感觉到的，只是全部电磁波中很狭窄的一部分，即所谓可见光。其波长范围为0.4μm～0.8μm (1μm =10-4cm)；若用埃表示，则为4000埃～8000埃(1埃=10－8cm)。其它不可见电磁波为紫外线100埃～4000埃，X射线0.01埃～100埃，γ射线<0.01埃；红外线7000埃～1mm，无线电短波1mm～30m，无线电长波>30m。这些电磁波是否都能在地面被接收到呢?不是的，因为地球大气对天体辐射具有吸收和辐射作用，只有某些波段的辐射才能到达地面，好像大
气为它们开的窗口，称为大气窗口。主要有以下几个大气窗口：
①光学窗口，能透过可见光；
②红外窗口，红外辐射主要由水分子所吸收，只有很少部分能在地面观测；
③射电窗口，在射电波段有一个较宽的窗口。若要观测天体的全波段辐射，必须摆脱地球大气的屏障，到高空和大气外层进行。在地球轨道处的太阳能量及其穿透地球大气后的衰减（图5-2）。
电磁波透过大气时，其衰减强度随波长而异，大气窗口就是指大气对电磁辐射吸收和散射很小的波段，这些波段对遥感非常有利。
2．宇宙线
除上述电磁波信息外，还有来自宇宙间的宇宙线，它们是各种高能微观粒子。主要包括质子，α粒子和少量原子核、以及电子、中微子和X射线、γ射线等高能光子。通过对宇宙线的观测，发现了不少重要的高能天体和高能天体物理现象。不过，接受宇宙线，除中微子外，必须用各种粒子探测器到大气外层进行。
3．中微子
中微子质量极其微小，几乎等于零，而且不带电，与物质的作用非常微弱。是基本粒子中最难探测的一种粒子。根据恒星内部的热核反应理论，应该产生3种类型的中微子：电子中微子，μ子中微子和τ子中微子。从恒星内部产生的中微子，可以不受阻碍地跑出来。因此，对中微子的观测，可以直接获取恒星内部的信息，但由于中微子的碰撞截面极小，探测中微子是十分困难的。例如在20世纪70～80年代，美国雷蒙德·戴维斯和日本小柴昌俊分别利用各自方法，尝试探测来自太阳的中微子，结果，实验数据与理论预期的不符合。确信方法是可行的，那么问题出在哪里？这就是长达半个世纪的太阳中微子失踪之谜。令人振奋的是：2002年赛德伯勒中微子天文台SNO合作组科学家成功地观测到来自太阳的μ子中微子和τ子中微子，而且正好补上了短缺的电子中微子。他们的研究成果揭开了太阳中微子的短缺案，他们这一重大突破不是给他们带来了诺贝尔奖，而是促进了诺贝尔奖授给提出问题的戴维斯和小柴。
4．引力子
根据广义相对论，引力如果由引力波传播，则应该存在着相应的载体――引力子。它也是天文信息的间接来源。那么引力波能不能通过观测发现呢？有些科学家们提出测量方案探测引力波，但至今尚未得到公认的肯定结果。不过，进入21世纪，发达国家对引力波的探测又燃起新的兴趣。还有从引力透镜现象中，我们也可以得到宇宙天体的一些信息。
5．其它
来自宇宙信息除上述几方面外，还有陨石、宇航取样等。
引力透镜现象：大家知道，透镜是折射式光学望远镜中的重要部件，凸透镜可以使入射的平行光线偏折，并会聚到焦点上（原理稍后有介绍）。在宇宙空间中某些质量特别大的天体，它们也会起到像玻璃透镜一样使光线偏折的作用。假如在一个遥远天体和地球之间存在一个大质量的天体，三者要成一线，大质量的天体挡住了遥远的天体，我们虽看不到遥远天体，却能看到它多姿多彩的虚像，有的是2个，有的是4个，还有的是扭曲变形成为弧状甚至是环状的虚像，这就是引力透镜现象。目前，人类至少已经观测到100个引力透镜实例。
二、观测工具和手段的发展
天体距离我们都非常遥远，人眼能直接观测到的天体辐射能量是十分有限的。因此，历史上天文学家一直致力手段的改进和观测仪器的研制。而每一次观测手段的改进和新观测仪器的研制，又都推动了天文学的发展。古时候人类只能凭肉眼直接观测天体所发射的可见光。因此，早期的天文仪器只要能帮助人们确定天体的位置也就够了。如中外天文学家们制造的许多天文仪器，上面都有精密的刻度，用以准确地确定天体的坐标位置和判断运行情况。虽然古代天文学家们取得了许多令人赞叹的成就，但肉眼只能看到为数不多的较亮天体，且分辨本领有限。即使较近的月亮和行星，也不能看清它们的表面细节。
1609年伽利略制成第一架天文望远镜(图5.3)，这是近代天文仪器的开端。用望远镜观测天体是天文观测手段的第一次大变革。伽利略凭借他手制的口径仅有 4.4cm的简单望远镜，一举完成许多项新发现，有力地支持了哥白尼的日心地动说，轰动当时的欧洲。在以后的三百多年间，望远镜帮助人类扩大了对宇宙的认识，促使近代天文学从诞生到发展，茁壮成长。
19世纪中叶，在望远镜的基础上，又把分光术、测光术和照相术用于天文学研究，这是天文观测手段的第二次大变革。从此，人类不仅能得心应手地测定天体的一般位置和运动，而且还能了解天体的物理化学性质和结构，把人类的视野扩展到宇宙的更深处，并有许多前所未闻的新发现，从而促使天体物理学诞生和发现。
20世纪50年代人造地球卫星上天，不仅开创了人类飞出地球的新纪元，而且还为天文学发展带来新机遇。天文学家利用这一新机遇，突破地球大气屏障，到外层空间去观测，从而导致空间天文学的诞生。这是天文观测手段的又一次大变革。空间天文观测，具有地面观测无法比拟的优越性，它不仅提高了仪器的分辨本领，而且使观测领域从电磁波的部分波段，扩展到全波段。从此结束了人"坐井观天"的被动局面。人类探测宇宙的基本方法和工具主要从光学观测、射电观测和空间观测三个方面进行。
§5.2 天文光学望远镜
使用天文望远镜目的，就是尽可能多地收集天体的辐射能量，甚至把大量暗弱天体也成像在望远镜里；同时，放大它们的角直径，提高分辨本领，对观测目标的细节看得更清楚。所以望远镜有成像和作为光子（辐射）收集器的功能。
天文光学望远镜主要由物镜和目镜组镜头及其它配件组成。通常按照物镜的不同，可把光学望远镜分为三类：折射望远镜、反射望远镜和折反射望远镜。
一、折射望远镜
折射望远镜的物镜由透镜组成折射系统。早期的望远镜物镜由一块单透镜制成。由于物点发射的光线与透镜主轴有较大的夹角，玻璃对不同颜色的光的折射率不同，会造成球差和色差，严重影响成像质量(图5.4)。为了克服这一缺点，人们发现近轴光线几乎没有球差和色差，于是尽量制造长焦距透镜，促使望远镜向长镜身发展。1722年希拉德雷测定金星直径的望远镜，物镜焦距长达65m，用起来非常不便，跟踪天体时甚至需很多人推动。
为解决上述缺点，后来人们用不同玻璃制成的一块凸透镜和一块凹透镜组成复合物镜。所以，现代的折射望远镜的物镜，都是由两片或多片透镜组成折射系统（双透镜组或三合透镜组等，如图5.5。）这样，可使望远镜口径增大，镜身缩短。1897年安装在美国叶凯士天文台的折射望远镜，口径1.02m，焦距19.4m，仅物镜就重达230kg，至今仍是世界上最大的折射望远镜（如图5.6所示）。
从理论上说，望远镜越大，收集到的光越多，自然威力也越大。但巨大物镜对光学玻璃的质量要求极高，制作困难。镜身太大，支撑结构的刚性难保，大气抖动影响明显，其观测效果反倒不佳。这就限制了折射望远镜向更大口径发展。现在天文学家们发展了一种新技术，可以在望远镜镜面背后加上一套微调装置，根据大气的抖动情况，随时调整望远镜的镜面，把大气的抖动影响矫正过来，这套技术叫做主动光学，这样一来，望远镜口径问题有望突破。
二、反射望远镜
反射望远镜的物镜，不需笨重的玻璃透镜，而是制成抛物面反射镜。其光学性能，既没有色差，又消弱了球差。
反射望远镜物镜表面有一层金属反光膜，通常用铝或银，反光性能相当理想，且镜筒大大缩短。由于抛物面反射可作得很轻薄，于是就可以增大望远镜的口径。现代世界上大型光学望远镜都是反射望远镜。
反射望远镜需在镜筒里面装有口径较小的反射镜，叫作副镜，以改变由主镜反射后，光线行进方向和焦平面的位置。反射望远镜有几种类型，通常使用的主要有牛顿式，副镜为平面镜；卡塞格林式，副镜是凸双曲面镜，它可把主物镜的焦距延长，并从主镜的光孔中射出。见图5.7。
反射望远镜的优点是显而易见的。20世纪中期以后，很多著名天文台都安装有大口径的反射望远镜。1948年由美国制造的口径5.08m的反射望远镜，安装在帕洛玛山天文台，曾居世界领先地位。1976年前苏联制造了口径6m的望远镜，安装在高加索山天体物理天文台。我国最大的望远镜，是1989年安装在北京天文台兴隆观测站的2.16m反射望远镜，这是我国自己研制生产的。
三、折反射望远镜
折反射望远镜的物镜用透镜和反射镜组装而成。目前使用最广泛的有施密特型和马克苏托夫型（如图5.8和图5.9）。前者于1931年由德国光学家施密特所发明，它在球面反射镜前，加一个非球面改正透镜，以消除球差。后者是1940年苏联光学家马克苏托夫发明，它的改正镜是一个弯月形透镜，结构简单。折反射望远镜的特点是：视场大，光力强，象差小，
适于观测流星、彗星和人造卫星等天体。目前最大的施密特望远镜安装在德国陶登堡天文台，主镜2.03m，改正镜1.34m。
由上所述，反射、折射和折反射望远镜各有特点。理论上反射望远镜口径越大越好，但实际上反射望远镜并非任意增大。这是由于太大，主镜玻璃，可转动机械部分，总重量会达数百吨，在观测跟踪中难以保持极高的精确度。为解决上述问题，20世纪90年代以后，用多镜面拼合的反射镜来收集星光。前不久美国建成的两台10米镜的凯克Ⅰ和凯克Ⅱ，各由36面六角形镜面（每块镜面口径1.8米，厚度仅为10厘米）拼合而成。其性能提高，而重量减小，用计算机调节其支撑结构的压力，该镜安装在夏威夷的莫纳克亚天文台，在1994年彗星撞木星时，曾拍下了世界上最好的照片。凯克Ⅰ和凯克Ⅱ可以通过光学干涉的原理，联合起来变成一台超大型的望远镜。关于多面镜组合望远镜光路如图5.10。它们同时对准同一目标，在共同的焦点聚集成像，使合成口径大大加大。2000年建成的欧洲南方天文台NTT望远镜，则由4台8m镜组成一个直线阵，等效口径达16m。我国正在研制的大天区面积多目标光纤光谱望远镜（即:LAMOST），计划建在国家天文观测中心兴隆站，该项目于1997年已动工。预计将在近期完成工程建设并用于观测。这是一架大口径（4m）兼备大视场（5°）、具有4000根光纤光谱系统、中星仪式反射施密特望远镜。一旦建成，它将成为令人瞩目的世界一流的望远镜，见图5.11。
2001年我国最大的天文实测研究基地已在云南丽江动工，这个天文观测台（高美古）将配备全国乃至整个东南亚最大的2米级光学望远镜，预计也在近期建成。
§5.2-2天文光学望远镜
四、光学天文望远镜的几个重要参数
1．物镜的口径（D）
望远镜的物镜口径是指有效口径，即没有被镜框遮蔽的物镜部分的直径，用D表示。它是望远镜聚光本领的主要指标。望远镜口径越大，看到的星就越亮，且能看到更暗弱的星也越多。由于口径大，大大增加了聚光本领。比如，人眼瞳孔直径为6mm，若用6m望远镜观测，增加的光流比人眼增大了106 倍[（6000mm/6mm）2=106 ]。但在光害特别严重的市区，大口径不一定有效，要在城区拍摄天体，有经验人士认为：口径有15mm就可满足拍摄条件了。
2．相对口径（A）
指有效口径D和焦距F的比值，用A表示。即：
在望远镜中呈现一定视面的天体叫延伸天体，如月球、太阳、行星等。延伸天体在望远镜里的亮度与A2成正比，即相对口径越大，延伸天体就越亮，也意味着它观测延伸天体的本领就越高。因此，作天体摄影时要注意选择合适的相对口径（如：相机上的光圈号就是相对口径的表示）。
3．焦距（F）
望远镜一般有二个有限焦距的系统组成，一个是物镜焦距，用F表示；一个是目镜焦距，用f表示。两个系统的焦点相重合。利用传统胶片感光后成像，物镜焦距则是天体摄影时底片比例尺的主要标志。对同一天体，焦距越长，天体在焦平面上的影像尺寸就越大。例如，对金星拍摄时，其视直径为61″，则在焦平面上成一个0.7mm的像。
4．放大率（G）和底片比例尺
目视望远镜的放大率（G）与物镜的焦距成正比，与目镜的焦距成反比。即：望远镜的物镜都是一定的，只要配备几个焦距不同的目镜，就可以得到几种不同的放大率。
照相望远镜不需目镜，星空现象直接拍在照相底片上，天球上的角距离变成底片上的线距离。天球上的角距离与底片上的线距离之间的关系，一般用底片比例尺来表示，即天球的一个角分相当底片上多少毫米。底片比例尺与焦距成正比。
5 分辨角（δ）
指刚刚能被望远镜分辨开的天球上两点间的角距离，用δ表示。分辨角的倒数为分辨本领，即分辨角越小，其分辨本领越大。理论上根据光的衍射原理，望远镜的极限分辨角为：
式中λ为入射光波长，D为望远镜有效口径，λ和D都以毫米(mm)为单位。人
眼瞳孔直径在8～2mm之间，计算得知人眼分辨角的理想值是18″～70″（60″=1′）；如果用口径6m望远镜观测，其分辨角最小为0.02″，比肉眼分辨本领高1～3千倍。
6．视场角（ω）
用望远镜所能观测到的天空区域的角直径叫视场角，用ω表示。视场与放大率成反比，放大率越大，所观测到的天空区域就越小。视场的大小可由物镜的视面角设计大小和照相机底片二者相约束，对于一个折反射望远镜或反射望远镜，由于副镜挡光原因，视场角设计有一定大小，而折射望远镜往往是成像质量的限制。例如我们用120望远镜接135相机拍摄天体，约束视场大小是120本身（59′）。一般来说，望远镜焦距越短，拍摄视场越大，照相机镜头直接拍摄天体情况也是这样。
7.贯穿本领
晴朗的夜晚用望远镜观测天顶附近所能看到的最暗弱恒星的星等，称作望远镜的贯穿本领或极限星等。它与望远镜的口径有密切的关系，口径越大，就能够观测到越暗弱的天体。要是口径为5cm，可以观测到10等星；口径5m，可以观测到21等星（关于星等的定义在第6章介绍）。
由于恒星太遥远，且望远镜的分辨本领不够高，恒星在望远镜中的像仍呈光点状，通常称这些在望远镜呈点像的天体为点光源天体。另一类天体在望远镜能够分辨出其表面，则称它们为有视面天体，包括太阳、月球、行星、彗星、星云、黄道光等。天文爱好者对有视面天体照相颇感兴趣，因为它们既是很好的展示和观赏资料，更重要的它们也是科学研究的部分信息。读者在学会使用光学望远镜的同时进行天体观测与天体摄影实践一定会其乐无穷。
值得强调，早期的天文望远镜只做目视观测，终端设备只有目镜。后来，随着科学技术的不断发展，终端设备逐渐增加了摄影系统、光电光度计、光谱仪、电荷耦合器件（CCD）等等。自从1948年口径为5米的海尔望远镜建成后，发展大型光学望远镜成为世界潮流。如：凯克望远镜、欧南台的甚大光学望远镜、日本的昴星团望远镜、七国联合制造的双子望远镜以及中国大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）等。
§5.3 射电望远镜
一、射电望远镜和射电天文学
射电望远镜是射电天文学研究的主要工具。自从19世纪末有人提出电磁波的存在，并与光有许多共同性之后，天文学家就试图发现来自太阳发射的电磁波。但限于当时的技术条件，一直未能接触到波长较短的无线电波。直到1932年，美国为实现横跨太平洋的无线电话通讯建造了30m直径的天线，工程师央斯基意外地收到来自银河系中心方向的15m波长的射电信号。1940年美国另一位无线电工程师雷伯，用自制的抛物面型射电望远镜，第一个绘制出银河系射电图，证实了央斯基的发现；并测到太阳和其它一些天体发出的无线电波。使这位业余天文学家成为射电天文学的先驱。
第二次世界大战中，英国的一军用雷达接收到太阳强烈的射电干扰，使人们对宇宙射电辐射的兴趣越来越浓。战争结束后，战地雷达闲置无用，科学家们把更多的雷达用于射电天文学研究，不久便有了一系列令人惊异的新发现，从而揭开了射电天文学发展的序幕。
射电天文学使用的射电望远镜系统不能象光学望远镜那样靠眼睛观测，而是采用雷达的办法。是用来观测和研究来自宇宙间无线电波段的电磁辐射的。目前所使用的波段是从1mm～30m左右。在这个波段的无线电辐射，不受大气层显著影响而能达到地面。由于无线电波可以穿过可见光不能穿过的尘雾，所以可使射电天文观测深入到以往光学望远镜所不能看到的宇宙深处。且射电观测不受太阳散射光及云层的影响，也不分白天和黑夜都能进行观测，是一种“全天候”望远镜。但射电望远镜也有弱点。它不想光学望远镜那样可以把可见光全部接收，加上不同的滤光片再分出单色光。它只能工作在一个波长，天生就是一个单色仪。若要想观测多个波段，要求有多个馈源和接收机。此外它不像光学望远镜那样能拍摄出多姿多彩的天体照片，只显示出表现强弱的曲线。
二、射电望远镜的原理和结构
射电望远镜的种类很多，但其基本结构和原理是一样的。它一般由天线、接收机（放大器）、记录器和数据的处理显示等装置几部分组成，如图5.12是经典的射电望远镜基本组成和原理示意图。现代射电望远镜的数据采集和记录器都由计算机担当。
射电望远镜的天线多为抛物面形，天线的作用相当于光学望远镜的物镜，其实它与反射望远镜更类似。一个理想的镜面误差不得超过设计镜面的λ/16 ～λ/10(λ为波长)。对于米波误差可以到几厘米，因而可用金属网制成；对于厘米波则需用光滑精确的金属板。来自天体的射电波，经抛物面反射集中到位于抛物面焦点的"照明器"上，即可使信号功率放大10～1000倍。然后由电缆把信号传送到控制室的接收机，再次放大、检波，最后根据研究的需要，对其进行记录、处理和显示。
巨大的天线是射电望远镜最显著的标志和最重要的部件。射电天文望远镜天线的安装系统有三种形式：一是旋转抛物面天线；二是固定抛物面天线；三是系统组合天线。
图5.13是北京密云射电望远镜天线阵。
目前世界上最大可跟踪抛物面射电望远镜在德国普朗克射电研究所，口径100m，分辨角33角秒（33″）。这样的庞然大物，光天线的可动部分就重达3200吨。但用现代设备操作跟踪，相当灵活。据说，建造一架这样的望远镜，其费用，不亚于建造一座长江大桥。（见图5.14）
世界上最大固定式射电望远镜，安装在波多黎各的美国阿雷西特天文台。它的直径达305m，因固定在山间盆地中，只能靠地球自转改变观测方向。另外，还有法国南锡射电天文台的巨大凹网状射电望远镜，它长300m，高35m，呈带形抛物面。我国国家天文台近期计划在贵州南部的喀斯特洼地，建设500m口径的球面射电望远镜。
三、射电干涉仪
关于射电望远镜的性能，同光学望远镜的道理一样，主要包括聚集辐射能量的状况和分辨目标能力。聚集辐射能量的本领，这里叫做灵敏度，即射电望远镜可观测到最小信号的本领以及能发现强信号最小变化的本领。这种观测微弱信号的能力主要受接收机噪声的限制，只须增加口径，改进仪器和选择好安装地点，即可提高灵敏度。
射电望远镜分辨率高低，与它的口径成正比，与它所接收的波长成反比。但射电波的波长比可见光的波长大得多。从计算得知，要使射电望远镜的分辨本领达到5cm小型光学望远镜那样，其天线口径就得达到500m至500km。这是单个射电望远镜所无法实现的。因此，20世纪50年代以后，人们根据光的干涉原理，制造了射电干涉仪，才解决了这个问题。
最简单的射电干涉仪，是由两台相隔一定距离的天线组成，令其接收同一天体的单频信号（见图 5.15A）。两天线间由性能相同，长度相同的传输线把各自收到的信号送到接收机
进行处理，这等于扩展了望远镜的口径。但实际上，为观测射电源的细节或观测象太阳这样天体的"面源"，需要多天线干涉仪来完成，即由多面等间隔排成一条直线的天线组成。这样，干涉仪沿基线方向分辨本领，相当于口径等于基线长度D的单天线望远镜。
单向排列的干涉仪，只能提高"一维"的分辨本领，如一个东西向的天线阵，只能提高东西向的分辨率，并不能提高南北方向的分辨率。为此，又研制了十字型天线阵，可以直接获得二维的高分辨率。20世纪60年代建成的英朗格洛米尔斯十字阵，由两列长1600m，宽12m 的抛物柱面交叉组长。
由上述得知，为提高分辨本领，必须尽量增大天线间的距离。但这也会遇到技术上的困难。如传输线过长，会造成各路信号间位相差，影响接收质量。因此，又有"甚长基线干涉仪"（VLBI）问世(见图 5.15B)。它完全去掉连接线，每台干涉仪完全独立，它们都有原子钟控制的高稳定度的本振系统和磁带记录装制，把各自在同一时刻接收的同一信号记录下来，再把这些记录送到处理机中进行相关运算，求出观测结果。这样可使天线间的距离增长，甚至可近似地球的直径。如格林班克--昂萨拉甚长基线干涉仪，基线长6319m，工作波长6cm，分辨本领达0.0006″，远远超过一般光学望远镜水平。
四、综合孔径射电望远镜
射电望远镜虽然有许多优点，但它不能象光学望远镜那样可以直接成像。而综合孔径射电望远镜解决了这个问题。
我们知道，由于任何图像都可以分解成许多亮度的正弦和余弦成份分布（即化整为零）反过来，如果已知这些正弦和余弦成份分布，也就可以再把它们合成原来的图像（聚零为整）。综合孔径方法，就是先化整为零，分别测出它们各个分量，再利用计算机处理，聚零为整，呈现原来图像。这有点与电视发射和接收的道理相类似。其具体做法，是将两面以上的天线形成天线干涉仪，由其干涉信号的振幅和位相得到亮度分布的正弦、余弦成份。再对这些数据进行处理，便得到观测目标的射电图像。
综合孔径射电望远镜都是多天线系统。例如：美国新墨西哥州国立射电天文台的"甚大阵"（VLA）综合孔径射电望远镜，由27面口径25m的天线沿Y型基线排列，每臂长21km，分辨角0.1″，成像时间为8小时。它的研制成功，在射电天文观测技术上是一项重大突破，最早发明这一技术的英国射电天文学家赖尔因此获得1974年的诺贝尔物理学奖。
§5.4 空间天文观测
空间天文观测需把观测仪器送到离地面几百公里高度以上的宇宙空间进行。一个完整的空间天文探测系统包括航天器、运载火箭和地面设备三大部分。航天器是装载科学仪器和执行探测任务的主要部分。为了完成预期的观测计划，航天器必须具有控制自身姿态变化的能力，具有准确定向精度和具备大规模数据贮存和快速传输的能力。近年来世界各国相继发射了大量航天器，构成不同的观测系列，令人类大开眼界。同时，由于空间探测突破地球"大气窗口"的限制，可进行全波段观测，从而导致空间天文学诞生。空间天文学按照观测波段的不同，又可分为许多科学分支，有红外天文学，紫外天文学，X射线天文学，γ射线天文学等。
人类对天体进行空间探测的方法大体上可分三类：接近飞行、轨道飞行和登陆。在接近飞行时，如同"旅行者号"在20世纪70和80年代在太阳系里旅行的情况，探测器只能飞过行星附近一次。而轨道飞行器，如"卡西尼号"飞船，可在环绕行星的轨道上对行星进行较长时间的考察和分析。至于登陆器，则试图在行星的表面上着陆。不同的登陆方式要求不同的技术，"惠更斯号"将借助降落伞登陆；而"火星探路者"则采用气囊在它降落时起缓冲作用，就像一个大气球弹跳那样。人类空间探索发射的月球和行星探测器详见附录7。
随着空间探测器在空间旅行距离不断增长，人类不仅探索了太阳系，而且还在努力了解宇宙的奥秘。
一、天文观测卫星系列
目前，地球上空的人造地球卫星数以千计。除了测地卫星、气象卫星、通讯卫星和军事卫星等之外，还有为数不多的天文观测卫星，这是在空间天文学研究中使用得最多的空间天文观测器。
天文观测卫星按照它们的观测对象不同，又有太阳观测卫星和非太阳观测卫星之分，当然，有的兼有多种观测任务。
太阳观测卫星和某些兼用于太阳观测的某些天空实验室等，其主要任务是监测太阳辐射，研究日地关系，考察太阳风，行星际磁场、地球磁层以及行星际物质等。1958年美国发射的第一颗人造地球卫星，就发现了地球的两个辐射带和后来确认的地球磁层，它们是太阳风作用的结果。20世纪60年代后，美国和前苏联相继发射用于不同观测任务的太阳观测卫星系列。1974年美国和当时的西德合作发射的"太阳神"卫星，飞临太阳0.3AU处，并进入日心轨道，是目前最接近太阳的深空太阳观测器。天空实验室一般是多用途的载人轨道空间站，它携带的望远镜可以对太阳进行可见光、紫外和X射线等波段进行高分辨率的电视和照相观测。例如："太阳及日球层观测平台（SOHO）"卫星观测到的304 ?波段全日面太阳像，1998年4月美国发射的太?quot;太阳过渡区和日冕探测者（TRACE）"卫星也观测到局部日冕结构。20世纪90年代"SOHO"和"TRACE"等卫星更是将太阳物理的研究推到一个崭新的阶段。2006年10月25日，美国宇航局又成功地发射了太阳观测卫星――“日地关系观测台（STEREO）”。通过这些卫星的联合观测，人类对太阳的研究一定更深入。
另一类是非太阳探测天文卫星，主要用来巡视天空辐射源，测定其方向、位置、强度和辐射谱线特征，观测银河系和河外天体。1990年由美国航天飞机送入太空轨道的哈勃空间望远镜，是最令天文学界寄以厚望的探空装置。哈勃望远镜为卡塞格林式反射望远镜，口径2.4m，整个装置呈圆柱形，长13.3m，重12.5吨。该镜装有5种接收仪器：暗弱天体照相机、暗弱天体光谱仪、高速光度计、高分辨率光谱仪和宽视场行星照相机。它可观测的极限星等为30等，能看到比地面望远镜深7倍的宇宙深空，弱50倍的天体。仅该镜的研制就历时13年，耗资21亿美元，1993年进行一次修复又耗资2.5亿。哈勃望远镜果然不负众望，
为天文学家提供了大量有价值的精确数据和清晰照片。如拍摄的冥王星及其卫星的照片，1994年彗星撞击木星的情景，都是当今世界上最好的观测资料。图5.16是1994年7月18日彗星撞击木星时产生极为耀眼的闪光照片。
二、月球、行星和行星际探测系列
1．月球探测
航天器飞出地球后就可成月球、行星和行星际空间进行直接采样或逼近观测的探测器。
月球探测是太阳系空间探测的第一个目标。早在20世纪50年代末，苏、美两国就对月球进行了多次不载人探测。1969年7月20日，美国"阿波罗"11号把两位宇航员送上月球。此后，又先后5次登月成功，到1972年已有12人登上月球。在月球上安放了探测仪器，采集了月岩标本。从而开创了人类去天上进行实地考察和实验的新纪元（见图5.17）。
通过美国和前苏联的一系列探测和等月活动，人类认识和了解到月球上有丰富、宝贵、可供人类利用的资源。开发利用月球资源会给全人类带来巨大的利益。但是，人类要置身于月球才能谈到如何开发和利用月球物质资源，而目前月球上的恶劣环境人类是难以生存的。正是这个有关人类如何才能置身于月球的问题得不到解决，使一度辉煌和热闹的月球热，在阿波罗计划之后，长时间销声匿迹。直到1996年，美国"克莱门汀"号探测器探测到月球南极肯艾特盆地地区可能沉积有大量的冰时，才给人类在月球上生存带来新的希望。有冰就有水，有水就有生命和供能的源泉。为了进一步探明此事，1998年1月6日，美国发射了"月球勘探者"号探测器，通过对这个探测器所发回的图像进行分析，美国化学家不仅证实了月球南极存有与沙土混合的冰，而且还发现月球北极也存有与沙土混合的冰，估计总水量可达1000万吨到3亿吨。这一消息为21世纪人类重返月球，在月球上建立天文观测站，建立到其它行星上的中继站，建立月球资源的勘探和开发基地，甚至建立月球旅游、工业和居民区带来希望。
2．太阳系的大行星探测
水星、金星和火星的物理性质与地球相似，属于类地行星，且距地球较近。对它们的探测除逼近飞行外，有的还进行硬着陆或软着陆。从1973年到1975年，美国发射的"水手"10号飞船先后三次逼近水星，最近距离只有327km，发回大量近距离图像和其它资料，使人们对水星有了更清楚的认识。美国和前苏联对金星发射多次探测器。前苏联发射的"金星"7号登陆舱于1970年首次实现软着陆。后来美国的飞船也多次莅临金星。从而人们对金星大气状况、大气成分和地表情况有了较清楚的认识。对火星的探测更是不遗余力，从20世纪70年代到90年代，美国多次组织对火星逼近和软着陆探测，还曾把分折仪器和登陆车送上火星陆地，自动挖取土样作生物探测实验。空间探测器对类地行星从较近距离拍摄地大量照片和探测仪器地取样分析，揭开了被测行星的大气环境和表面景观的面纱，看到它们的真实面目。曾被认为最有可能存在生命的金星和火星的探测结果表明，这两个行星上现在没有生命存在。1997年7月，美国"探路者"号探测器从火星上发回的大量照片及检测火星岩石和土壤的化学分析结果，说明如今一片荒凉的火星曾是一个温暖、潮湿的地方，而且可能曾是一个孕育和维持过生命的星球。21世纪初人类对火星的探测又有新的发现（参看第7章“火星”以及地13章“地外生命探索”部分）。
对木星、土星、天王星和海王星的探测，也都大有收获。其中有发现了它们一批卫星，如：土星的卫星不止8个而是18个或更多。对木星的大红斑，土星的光环以及它们结构有了进一步认识，除土星外，木星、天王星的海王星也都有光环。从而使人类对它们的认识不断翻新。土卫六是太阳系唯一拥有较厚大气层的卫星，其上可能含有水冰的冻结海洋，可能存在某种形态的生命。1997年10月15日，"卡西尼"空间探测器发射上天，2004年7月飞临土星附近，计划对土星进行4年的就近环绕探测。"卡西尼"携带的"惠更斯"着陆器还要在土卫六上着陆，开始对其表面勘察，以便了解土卫六的情况（太阳系行星探测成果在第7章“太阳系”中再叙述）。
三、空间观测技术
1．红外辐射观测
红外辐射需用红外望远镜观测。其结构与反射望远镜相似，但在观测时要使用红外传感器。波长0.77～1.2微米的近红外波段观测，可在地面进行。但波长较大的远红外观测，必须到大气外层空间进行。早在20世纪70年人代，分别在4微米、11微米和20微米波段观测，就发现了3000多个红外源，后来又发现了2万多个红外源，获得了正在形成中的红外星的更多的证据。对中、远红外波段探测，还出人意料地发现了一些遥远星系和类星体等强辐射源。对这些极强的红外辐射机制，至今尚未能做出令人满意的解释。
美国宇航局（NASA）在2003年8月发射了空间红外天文台，其上包括一架口径85厘米的红外望远镜，搭载红外阵列照相机、红外谱仪、多波段成像光电仪。总重865千克，是目前世界上发射的最大的红外望远镜。它将为人类打开一扇观测宇宙的新窗口。
2．紫外辐射观测
紫外辐射一般指100埃～4000埃波段辐射。地球大气对波长短于3000埃的紫外光很不透明。在地球上除了能接收到太阳部分紫外辐射之外，根本观测不到其它天体的紫外辐射。因此，进行紫外观测，只能借助火箭和人造卫星到外层空间去。1968年美国发射的"轨道天文台2号"上安装4架紫外望远镜，用4个波段进行巡视观测，获得了丰富的观测资料，从而使紫外天文学真正形成。后来又进行了卓有成效的紫外观测，在地面操作中心还可以直接看到星场图像。紫外观测，对于星际物质的研究有特殊意义。
3．X射线和γ射线观测
X射线一般指波长介于0.01埃～100埃的电磁波段。由于Χ射线光子的能量较高，没有
可用作折射和反射的材料使它会聚成像。经过长久努力，人们将掠射光学原理应用于Χ射线天文观测，制成了真正有观测价值的高分辨率的Χ射电波的探测，完全在空间进行，迄今已发射了许多载有Χ射线望远镜的空间探测器（如：钱德拉X射线天文台等），并取得了丰硕的成果。例如，对太阳Χ射线爆发，为深入认识太阳耀斑提供了依据。在太阳系之外，目前已发现上千个Χ射线源，其中一部分已得到光学证认，它们和超新星遗迹和强射电星系有关。
γ射线波长都短于0.1埃。康普顿伽玛射线天文台在γ射线波段上观测宇宙也给人类带来不少信息。关于天体可能发射γ射线的理论，早在20世纪50年代就开始了。60年代证实存在宇宙γ射线背景辐射。70年代在整个银河平面（银盘）上探测到高能γ射线辐射，并发现了γ射电脉冲星。在γ射线观测中，最引人注目的是宇宙γ射线爆发的发现，至今对γ射线爆发源的本质仍存在争议。2004年11月“雨燕”号探测器升空，将翻开了宇宙γ射线爆研究的崭新的一页。
20世纪航天事业迅速发展，各类卫星利用太空资源开发信息流产品已达到相当规模，促进世界迈向信息社会；载入航天进展很大，12名人类的使者登月拜访，"和平"号空间站的建成……所有这一些都为21世航天的进一步发展打下了比较坚实的基础。我们相信21世纪是航天的时代，21世纪太空的景观一定更加绚丽多彩。
§5.4-2 空间天文观测
四、航天器
航天器是太空航天器工程系统的核心组成部分（如图5.18）。航天器是航天运载器的有效载荷，是在太空轨道上运动，并具有满足地面特定需求的人造天体。世界上第一个航天器是原苏联的"人造卫星"1号。航天器因任务的不同，有不同的种类、不同的功能和不同的轨道。
1．航天器的分类
航天器不仅种类众多，而且形态各异，图5.19所列只是其中一些。
按是否载人，可分为无人航天器和载人航天器两大类。若按照所执行的任务和飞行方式可作进一步划分。载人航天器可分为载人飞船、航天飞船、太空实验室和空间站等几种。（1）无人航天器
目前太空中大量的航天器是无人航天器，它们按照事先设置的程序自动进行或受地面指令控制实施。主要包括地球卫星和空间（深空）探测器。地球卫星按用途可分为科学卫星、技术实验卫星和应用卫星等。例如：1990年4月美国发射的"哈勃"太空望远镜就是天文卫星；1997年6月10日我国发射的风云2号是气象卫星。空间探测器依探测的目标不同，可分为月球探测器和行星探测器。例如："勘测者"号月球探测器，"先驱者"10号探测器等。（2）载人航天器
由于航天技术的发展，出现了载有宇航员的航天器。象"阿波罗"11号载人飞船首次实现了人类登月的宿愿。
空间站是指在地球轨道上运行的、适于人类长期工作、生活的大型航天器。例如："和平"号空间站、"自由"号空间站和"阿尔法"号国际空间站。
"和平"号空间站由俄罗斯1986年2月发射进入太空，2001年3月23日告别太空，结束15年的历史使命。"阿尔法"的空间站，是以美国和俄罗斯为主，16个国家参与的国际空间站。它始建于1998年，是人类在太空领域最大规模的科技合作项目，也是世界航天史上第一个国际合作建设的空间站。空间站包括1个基础舱、6个实验舱、1个居住舱、两个连接舱以及后勤服务舱等。其规模是俄罗斯"和平"号的5倍，太阳能电池板展开后空间站的面
积有两个足球场大，整个密封容器约为1300M3整个工程要耗资630亿美元，现已基本完成。
21世纪，中国的航天事业正蓬勃发展，其中特别是载人航天实现了历史性的突破。2003年"神舟五号"载人飞船成功返回，2005年"神舟六号"载人巡天安全着陆。在这些基础上，中国一定有能力建设未来的空间实验室和空间站。
人类载人航天第一人：
第一个进行太空旅行的人是尤里·加加林（1961.4.12）（1963.6.16）；第一个飞进宇宙的女性是瓦莲金娜?捷列什科娃；第一个在太空行走的宇航员是阿列克塞?列昂诺夫（1965.3.18）；第一个遇难的航天员是科马罗夫（1967.4.23）；第一个登上月球的人是尼尔?阿姆斯特朗（1969.7.）；第一个进入太空的华人是王赣骏（1985.4.29.－1985.5.6.）；第一个自费的太空游客是丹尼斯·蒂托（2001）；第一个在太空展示五星红旗的中国宇航员是杨利伟（2003.10.15）。
空间站，特别是长期性空间站不仅为人类长时间驻留外层空间提供了可能，而且为人类创造性才能的发挥，空间工业化和商业化的实现，更好地认识地球和宇宙，更大规模地开展航天活动等创造了条件。宗旨，空间站是人类的伟大创举，是一项开拓性的事业，它可成为太空生产基地、观天测地的场所和航天活动的中继站。
2．航天器的组成
航天器要在太空执行满足地面特定需求任务，必须提供航天器的服务和支持系统。因此，航天器上应有直接执行有关航天任务的仪器、设备和系统，有的航天器还载有宇航员、生物，称为航天器的有效载荷。对有效载荷，航天器需要提供能量、信息、物质和创造适宜的人工环境和条件，所有这些构成航天器的整体，如下列网络图5.20。
3．航天器的轨道
航天器是用航天运载器发射的，其发射弹道一般指运载器从地面起飞直到把航天器送入某一轨道的飞行轨迹。
航天器轨道是指航天器在太空中飞行时质心的运动轨迹。按航天器任务，一般可有人造卫星运行轨道、月球探测器轨道、行星探测器轨道等几类；按飞行范围，又可分为绕地球质心运行段、绕月球质心运行段、绕太阳质心运行段和绕行星（地球除外）质心运行段等不同的阶段。
航天器在太空中运行会受到周围天体引力的作用，航天器的轨道一般由开普勒轨道和轨道摄动两部分组成。用轨道要素可以精确计算航天器的位置。
（1）人造卫星轨道
在地球引力作用内，环绕地球运动时其质心的运动轨迹。一般卫星飞行高度500～6000km之间，对人造卫星来说，多数运行方向和地球自转相同，因为这样能在发射时可用地球自转速度，节省能源。若采用地球静止轨道，卫星将始终固定在地球赤道某点的上空如图5.21（a），地面站对卫星的指向可保持不变，便于地面站对卫星进行观测（如通讯卫星、气象卫星等）。若采用偏东且在低纬地区上空运转，则要设计如图5.21（b）中的1。要想卫星运转起来几乎可以覆盖自转着的地球，则轨道的设计要如图5.21（b）中的2、3。还有采
用太阳同步轨道，轨道平面相对太阳方位不变，有利于进行可见光测试（如地球资源卫星、气象卫星、照相卫星等）。采用复现轨道，卫星可以周而复始地对地面目标进行监控，能发现目标地动态变化，如资源、气象卫星；采用低轨道，卫星获取到的地面信息较强。采用大椭圆轨道，卫星能探测深度较大的空间区域，如空间物理探测卫星对环绕地球的运行的载入航天器，应避开地球辐射带，一般应小于500km。
（2）月球探测器轨道
月球探测器受地月引力共同作用，轨道按顺序首先分为环绕地球的停泊轨道和地球-月球之间的转移轨道。若要软着陆还要设计着陆轨道。若需返回地球的探测器，还有返回轨道。（如图5.22）
（3）行星探测器轨道
行星探测器轨道按运动过程中受到的主要天体的引力，可分为绕地心运动阶段，绕日心运动阶段和绕行星质心的运动阶段。这3个运动阶段分别与地球引力作用、太阳引力作用、行星引力作用相对应。在这3个运动阶段中，行星探测器被认为是分别相对地球、太阳和行星的质心运动的。从地球向行星飞行的两种过渡轨道示意图5.23所示。
在行星探测器飞行目标行星的过程中，也可借助其它行星的引力时探测器相对太阳的速度加大，从而可缩短航行时间和减少发射初速。
卡西尼号探测器将采用借助金星（1）-金星（2）-地球-木星-土星引力来加速的轨道如图5.24。值得一提，科学家要探测太阳系天体时，在选择发射探测器的时间也会充分考虑到利用1982年"九星聚会"的天象（旅行者1号和旅行者2号分别在1977年8月20日和9月5日发射成功）。因为是九星聚会，九大行星都比较集中在同一个方向附近，这对于公转
周期长的土星、天王星、和海王星、冥王星来说，实在是机会难得。这就提供了一种可能性：探测器飞行轨道的设计者们可以让探测器在探测和飞越一颗行星的同时，利用其引力作用作为"跳板"，改变原来的飞行方向，拐弯转向下一个探测对象。正是在这样的安排下，"旅行者1号"和"先驱者11号"都先后探测了木星和土星；"旅行者2号"除了探测木星和土星外，还拜访过天王星和海王星。
美国宇航局计划2006年发射的探测器――“新视野”号，它的飞行轨迹见图5.25。“新视野”号升空后，探测器将首先飞向木星，飞临木星时并借助其引力飞向冥王星。在飞经木星的过程中，“新视野”还将顺便对木星的大气、磁层以及它的20多颗卫星进行为期4个多月的探测工作。此后，探测器便将一直飞向冥王星，并于2015抵达冥王星和冥卫附近。21世纪是航天时代，21世纪的科技发展一定更迅猛，象太空站的建成、寻找太空中的类地行星、建造星际火箭、用光子引擎制造星际飞船一定能实现。
自从人类开始航天活动以来，火箭发射后的遗骸，失效的人造航天器等自行爆炸或互相碰撞，形成越来越多的空间碎片。这些空间碎片长期滞留在地球的外层空间，被称为太空垃圾。太空垃圾在不同高度，不同轨道平面上运行，在地球周围形成一层层的“包围圈”，严重污染了地球的外层空间环境。同时，由于太空垃圾的存在，使得航天器的发射和轨道和运行受到严重威胁。现在，世界各国已认识到这个问题的严重性，并从改进火箭和航天器的设计及进行国际立法来限制太空垃圾的增加。
全方位移动平台控制系统设计
全方位移动平台控制系统设计 全方位移动平台可实现二维平面内任意方向的移动功能，可实现在狭小空间运送集装物资和长大物资，以及对大件零部件精确定位与安装、装配维修等应用目的。本文提出一种全方位移动平台控制系统方案，使其灵活应用在空间有限、机动性要求高的场合。 1 控制系统整体设计方案 控制系统由手持遥控器和平台控制器两大部分组成，致力于操作者与移动平台的人机交互控制，遥控器加平台控制器的局部自主系统组成完整的控制系统。遥控器和平台控制器均选用*****07系列微处理器为控制核心，控制系统整体框架如图1所示。 系统选用Zigbee网络技术进行无线通讯传输，它是一种新型的短距离无线接入技术，与Wi-Fi、Bluerooth无线技术相比，Zigbee技术具有低成本、低复杂度、低功耗、时延短、组网方便、网络容量大、安全玎靠优势。 针对全方位移动平台在平面上可三自由度运动的移动特性，遥控器端选取通过操纵三轴工业手柄来对应前后、左右平移、中心转向及其复合运动。遥控器端搭载OLED屏用来显示信息，OLED屏相对于LED屏具有抗震性能更好，响应时间短，发光效率高，能耗低等特点。遥控器通过AD采集获取三轴工业手柄模拟量数值，进行均值滤波、模数转换等处理获取当前控制信息，以扫描方式读取遥控器的开关获得当前运行模式、速度等级等控制状态，将相应数据内容同首尾字节、校验码封装成帧，通过串口发送到無线通信模块，将其转发给平台控制器;同时将当前状态发送到遥控器OLED显示屏。 平台控制器的无线通信模块将接收到的信息通过串口转发给控制器，控制器收到的一帧完整、无错误指令后，根据制定的通信协议内容，执行相应功能，同时运算出各电机转速，及电机转向，将其通过CAN总线网络分别发送给相应电机驱动器，驱动电机来完成车体
天文观测 开放性实验报告
课后思考 一．天文观测所需要的观测条件 要进行天文观测，没有一个好的场地是绝对不行的。观测场地周围的环境直接影响着观测效果：如果障碍物过多，很难见到观测目标，就更甭提观测了；如果气流变化过大，会造成图象的抖动和变形，使望远镜的分辨率降低；如果天空被灯光照得很亮，极限星等（肉眼可见最暗恒星的星等）就会降低，换句话说，也就是看到的恒星数就会减少，对观测和摄影都会造成很大的影响，甚至根本无法进行……为了使观测活动达到预期效果，选择一个合适的场地是必须的，选择时要注意以下几点：选择一个开阔的场地，如运动场，使能看到的天区增到最大。如果住在高楼林立的居民区内，在楼下随便找个地方是绝对不能观测的。可想而知，在几栋楼之间要想看到天顶以外的部分是件非常困难的事情。在运动场之类的地方就可以避免这些麻烦事了；要注意气流的影响，若在建筑物附近观测，应特别注意要避开开着的窗户，因为在开着的窗口附近，很容易产生复杂的气流，以至于影响观测效果。此外，还应该注意尽量避免直接在水泥地面上观测，因为水泥的比热容（降低同样温度放出热量的多少）很小，所以在夜间温度会很快下降，也会造成气流变化。土地就比水泥地面好得多，如果有条件的话，最好选择在草地上观测，因为草地含有大量水分，水的比热容又大，所以不易引起气流的剧烈变化。当前，许多天文台都建设在海边或海岛上，主要也是因为这个原因；灯光也是一个不可忽视的问题，随着经济的发展，城市的灯光越来越多，天空被照得越来越亮，而且许多灯都是彻夜不关的，正如上面所说，这对天文观测造成了极为严重的影响。虽然你不能为了进行观测而不让城市发展，但是我们可以主动的去避开灯光。在美国，天文爱好者们为了躲避灯光的影响，自己驾车几十，甚至几百公里来到野外进行观测的事情已是屡见不鲜了——我们也只能学他们，找一块自己认为足够黑暗的地方——当然，应该是自己熟悉的地方，千万不要到自己毫不知情的荒郊野外，以免发生危险。 二．关于月球的观测 1.为什么月球最适于天文观测? 最主要的是没有大气层扰动，也没有城镇灯光干扰，可以一览无余，饱览星空。月球的背面不受地球上人工无线电干扰。 此外还有以下几点： ①、月球引力较地球小得多，在月球上建造任何巨大的建筑物都要比地球上容易得多，大型光学望远镜由于重力作用导致的弯曲形变也要轻得多。 ②、月球上没有大气干扰，其表面环境实际上处于超真空状态，分辨率比地球上高得多，而且能观测到更多的波段 ③、月球为天文望远镜提供了一个巨大、稳定而又极为坚固的观测平台，因而可以采用结构简单、造价低廉的安装、指向和跟踪系统。这一点是处于失重状态的天文卫星所望尘莫及的。 ④、由于月球远离地球，它所受到的人类活动的影响和地球本身的各种活动的影响要比人造卫星小得多。 ⑤、由于月球的自转周期和它绕地球的公转周期恰好相等，因而它总是以同一面对着地球。如果我们把观测仪器（特别是射电望远镜）放在背向地球的那一边，则地球对天文观测的不利影响就更小了。月球的天空即使在白天也是全黑的，而且它的自转周期长达近一个月，这就使得我们能够观测到望远镜视线所及的全部天空，并对很暗的天体进行充分长时间的积累观测。
第一章 地图学基础复习题
《新编地图学教程》（第二版）毛赞猷等编 复习指导 第一章导论 一、填空： 1、地图的基本特征：遵循特定的数学法则、具有完整的符号系统、经过地图概括、地理信息的载体。 2、地图和文字一样有着4000多年的历史。 3、地图至少有四方面的功能：地图信息的载负功能、地图信息的传递功能、地图的模拟功能、地图的认知功能。 4、地图能够存贮数量巨大的地理信息，以表达它的空间结构和时间序列变化，以及各现象间的相互联系。空间结构指地理信息的空间分布规律，包括它的数量、质量特性；时间序列变化反映制图对象的动态变化，也即制图对象的历史进程、现代发展和未来趋势。 5、地图投影、坐标系统、比例尺构成地图的数学法则。 6、经过分类、简化、夸张和符号化，从地理信息形成地图信息的过程，称为地图概括。 7、地图信息由直接信息和间接信息组成。直接信息是地图上用图形符号直接表示的地理信息，如水系、居民点等；间接信息是经过解译、分析而获得的有关现象或实体规律的信息，如通过对等高线的量测而获得有关坡度、切割密度的数据和图形。 8、地图按图型划分为普通地图与专题地图。 9、虚地图是指存在于人脑中或以数字形式记录存储在电脑中的地图。前者例如心像地图，后者如数字地图。 10、实地图是地理信息可视化了的地图。例如纸质地图、屏幕地图、地球仪等。 11、地图是伴随着文字出现的，是随着人类经济活动的需要产生的。古尼罗河、黄河流域的农田水利和城郭的发展带动了天文测量、平面测量和地图制作技术。古希腊手工业作坊比较发达，地中海贸易和战争使测绘用于航海成为当时的迫切任务，他们着重于测量经纬度、研究地图投影、编绘航行地图，因而将地图测绘建立在天文——大地测量的基础上。 12、古希腊毕达哥拉斯提出大地是圆球的观念，埃拉托色尼估算出地球的一段经线弧长，以此推算出地球的大小。托勒密是西方重要的天文学家、地图学家，他的名著是《地理学指南》。 13、1978年河北省平山县出土了一块公元前310年以前铜版的“兆域图”，是我国现存最古老的平面图实物。 14、1986年甘肃天水放马滩出土了秦王嬴政八年（公元前239年）绘在四块松木板上的地图七幅，
天文学基础知识
天文学基础知识 1．什么是宇宙？ 宇宙是天地万物，是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 辨证唯物主义哲学认为，世界的本质是物质的，物质可以转换不同的存在形式，但在本质上是永久存在，永久不灭的。宇宙是普遍永恒的物质世界，在空间和时间上都是无限的。从空间看宇宙是无边无际，它没有边界，没有形状，也没有中心，如果承认宇宙以外还有什么东西，就否认了世界的物质本性；从时间看宇宙无始无终，它没有起源，没有年龄，也不会终结，如果承认宇宙有起源，就会导致创世说，实际上也否认了世界的物质本性。 但具体事物的有限性也不能否认。宇宙的无限与具体事物的有限并不矛盾，因为只有无数具体的有限才能构成全部的无限。人类观察到的宇宙是动态的，随着科学技术的进步，人类所知的宇宙在不断扩大。18世纪以前人类认识宇宙的范围只限于太阳系，随后认识到太阳系以外还有千亿个恒星，它们组成了银河系。19世纪人类又发现了河外星系，发现银河系在宇宙大家庭中只不过是相当渺小的一员。20世纪50年代的光学望远镜、60年代的射电天文望远镜把人类对宇宙的探测距离猛增，人类可以永远扩大自己对物质世界的观察视野，不会停留于某一固定的边界上，这有力证明宇宙是无限的。 天文学上通常将天文观测所及的整个时空范围称为“可观测宇宙”，有
时又叫“我们的宇宙”，或简称“宇宙”。现代科学的基本观念之一，就是可观测宇宙也像其他事物一样，有它诞生发展的历史。据现代宇宙学说估算，宇宙年龄是极其漫长的，约为150亿岁；可观测的全部宇宙空间是极为庞大的，已观测到的最远的星系距离我们大约150亿光年。 宇宙既有统一性又有多样性。宇宙的统一性在于它的物质性，宇宙的多样性在于物质的表现形式千差万别，组成宇宙的物质在存在状态、质量和性质上有着极大的差异。 宇宙是由各类天体和弥漫物质组成的。宇宙中有形形色色的天体，恒星、星云、行星、卫星、彗星、流星等天体都是宇宙物质的存在形式。2．什么是恒星和星云？ 宇宙中最主要的天体是恒星和星云，因为它们拥有巨大的质量。恒星是由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。恒星是像太阳一样本身能发光的星球，晴夜用肉眼看到的许多闪闪发光的星星中，绝大多数是恒星。星云是由极其稀薄的气体和尘埃组成的，形状很不规则，似云雾状的天体。 3．什么是星系？ 由无数恒星和星际物质构成的巨大集合体称为星系。它们的尺度可以从几千到几十万光年。星系或称恒星系，是宇宙系统中的重要一环。星系数量众多。到目前为止，人们已在宇宙中观测到了约1000亿个星系。地球就处在由1000多亿颗恒星以及银河星云组成银河系中。有的星系离银河系较近，可以清楚地观测到它们的结构。离银河系最
新手入门天文望远镜使用小常识
新手入门——天文望远镜使用小常识 一、如何调试寻星镜 1、白天，先将主镜筒对准远处的一个目标（约500米远），如烟囱、空调室外机等。装上低倍率目镜（如20MM目镜）寻找目标。将镜筒大致对准目标后，调节焦距系统直到目标清晰，并使之处于主镜中心点，然后将脚架全部锁紧。 2、小心调整寻星镜上的三个螺丝，将主镜看到的目标调到寻星镜的十字架中心。 3、更换高倍率目镜（如10MM目镜），重复上述的步骤。调试时，主镜里的目标始终控制在寻星镜的十字架中心。 ＊寻星镜调准后，千万不要动它。观测月亮，尽量选择在“弯月”，这时能更清晰的看到环形山、月海等。 二、赤道仪的简介和调整 （一）赤道仪简介 赤道仪有三个轴： 1、地平轴。垂直于地平面，下端与三脚架台连接，上端与极轴连接，有地平高度刻度盘。绕地平轴旋转可调整望远镜的地平方位角。 2、极轴（赤经轴）。一端与地平轴相连，上下扳动极轴可调整地平高度角。另一端与赤纬轴成90o角连接，装有时角度盘，用于望远镜指向的时角（赤经）调整。
3、赤纬轴。与极轴成90o相连，上端与主镜筒成90o相连，以保证镜筒与极轴平行。下端连接平衡锤，装有赤纬度盘，用于望远镜指向的赤纬度调整。 （二）赤道仪的调整 极轴调整。使望远镜极轴和地球自转轴平行，指向北天极。 1、主镜与赤道仪、三角架连接好，把将有“N”标志的一条腿摆在正北方。调整三角架高度，使三角架台水平。 2、松开极轴（赤经轴）螺钉，把主镜旋转到左边或右边。松开平衡锤螺钉，移动平衡锤，使望远镜与锤平衡。把望远镜旋回上方，制紧螺钉。 3、松开地平螺钉，转动赤道仪，使极轴（望远镜）指向北方（指南针定向），制紧螺钉。 4、松开极轴与地平轴连接螺钉，上下扳动极轴，使指针对准观测地点的地理纬度，制紧螺钉。 5、松开赤纬轴螺钉，转动望远镜使其与极轴平行（亦即与当地经线圈平行），制紧螺钉。 6、从望远镜（或调好光轴的寻星镜）中观看北极星是否在视场中央，如有偏差，则需对极轴的地平方位角，地平高度角作精细调整，直至北极星在视场中央不再移动。 7、拧动时角刻度盘，零时（0h）对准指针；拧动赤纬刻度盘，90o对准指针。 至此，望远镜就与地球自转轴、观测点子午面完全平行。
(整理)天文观测的基础知识.
天文观测的基础知识 为了进行天文观测，就要学会认识星空，识别天体；因此，有关天体的坐标，天体的运动，天文观测所用的时间系统，星座与星图，以及星星的星等、颜色、光谱型等多方面的基础知识，都是我们开展天文观测活动时，必须首先了解的。 1．天球和天球坐标系 进行天文观测首先要从找星、认星开始。在茫茫的星空中，怎样去寻找我们想要观测的天体呢？这就必须知道天体在空中的“住址”，即它在天空的坐标。这样的坐标是怎样建立起来的呢？这就要从天球说起。 （1）天球 当我们仰望天空观察天体时，无论是太阳、月亮还是恒星、行星，它们好像都镶嵌在同一个半球的内壁上，而我们自己无论在地球上什么位置，都好像是处于这个半球的中心。这是由于天体离我们太远了，我们在地球上无法觉察不同天体与我们之间距离的差异。因此，为了研究天体的位置和运动，可以引入一个假想的以观测者为球心，以任意长为半径的球，称作天球。由于地球在浩瀚的宇宙中可以看作是一个质点，地心也可以当作地球的中心，因此可以假想一个地心天球，它是以地心为中心、无穷远为半径的球。 有了天球，我们认识天体就方便了，因为不论天体离我们多么遥远，我们都可以把它们投影到天球上，并用它们在天球上的视位置来表示它们。 在天球上，两颗星之间的距离如同在球面上两点间的距离一样，用角度来表示，称为角距。显然，角距与两颗星的真实距离是两回事：角距很小的两颗星实际距离可 能十分遥远。星体的大小一般用视角直径（简称角直径），即从地球上看去它所张的角来表示。同样，视角直径也不是天体的真实大小。例如，月亮和太阳的视角直径大
约都是1/2度，但月亮的大小与太阳相比简直可以忽略不计，只是由于月亮离地球很近才看起来很大。 （2）天球坐标系 为了描述天体在天球上的视位置，就要在天球上建立起坐标系，称天球坐标系，就像我们为了描述地球上某一点的位置需要建立地球坐标系（如用地理纬度和地理经度表示）一样。事实上，天球坐标系与地球坐标系的模式很相似。例如，天球上的赤道坐标系（也称第二赤道坐标系）就可以看作是地球坐标系在天球上的延伸：把地轴（地球的自转轴）无限延长就是天轴；天轴与天球相交的两点就是北天极和南天极；地球赤道面的延伸与天球相交的大圆就是天赤道；与地球上的纬圈、经圈类似，天球上也有相应的赤纬圈和赤经圈，不过天球上经圈的起始点与地球不同。这样，天体在天球上的位置就可用赤纬、赤经来表示。 除了赤道坐标系外，天文观测中常用的天球坐标系还有地平坐标系、时角坐标系（也称第一赤道坐标系）、黄道坐标系等，它们是以天球上不同的基本点、基本圈为基础建立起来的。有关天球上各基本点、基本圈的定义，怎样以它们为基础建立起各种天球坐标系，不同坐标系的特点以及它们之间的相互关系，请参见附录。 不同天球坐标系各有其特点，因而也有不同的用途。例如，在赤道坐标系中，赤经α的起算点是天球上的固定点——春分点，春分点与天体一同作周日视动，它与天体的相对位置不因天体的周日视动而改变；而赤纬δ的值也只由天体和天赤道决定；因此，一个天体的（α，δ）值是确定的，不受观测时间和观测地点的影响。所以在星表中多用（α，δ）表示天体的位置。 再如，地平坐标系是以观测者为参照点建立起来的，具有“地方性”特点，即在
传统天文观测手段用于大地测量的研究
关于传统/天文观测手段用于大地测量的研 究的读书报告 姓名：闵翔 学号：2011206180011 指导老师：魏二虎教授 摘要 传统的大地测量由于不具有大范围，高精度，实时动态的特点，随着科学与技术的迅猛发展，为了弥补传统大地测量的缺陷，逐渐发展到空间大地测量。空间大地测量学的产生为提供更精确的地心坐标系，更高精度的地球重力场模型以及全天候，快捷，精确，简便的全新大地测量方法产生了可能。 关键字：传统大地测量学空间大地测量学地心坐标系CORSE CGCS2000 Abstract The traditional geodesy does not have the feature of extensiveness,high-precision,real time dynamics.With the rapidy development of science and technology,traditional geodesy gradually develops into spacial geodesy to make up the imperfection of itself.The generation of spacial geodesy affords the ability and possibility to make the more accurate geocentric coordinate system,the more accurate earthgravitymodel and new survey method with feature of whole day,quickly,precision,and easy. Keywords: traditional geodesy spacial geodesy geocentric coordinate system CORSE CGCS2000
天文学基础作业
天文学基础作业——SkyMap使用手册 （以SkyMap Pro11Demo为例） 一、键位相关 按F1键获得帮助。 按F2键放大地图，按F3键缩小地图。 按F4显示更多星体，按F5显示更少星体。 按N、S、W、E键确定星图视野方向。 按1、2、……、9、0数字键确定星图视野范围大小，数字越大，视野越小。 按方向键使星图视野滚动。 使用鼠标滑轮使星图视野上下滚动。 按住鼠标左键拖动使星图视野左右滚动。 按page down和page up键或按住鼠标右键拖动，使星图视野相对地顺时针或逆时针旋转。 按A键打开或关闭“高度/方位角网格”(altitude/azimuth grid) 按R键打开或关闭“赤经/赤纬网格”(RA/DEC grid) 在星图的上下左右区域双击左键，可以使星图相应地向上下左右移动。 在星图中长按左键，拖动一段距离再松手，会弹出“星图视野”窗口(Map View)。 其中可以设置星图视野中心的位置、时代坐标、地图大小。 二、菜单相关 ◇文件(File)
①新建星图/打开星图/保存星图/星图另存为/退出软件(New/Open/Save/Save as/Close) ②保存默认值(Save default)：将当前的设定（赤经赤纬、时间、星图尺寸等）记为默认值。 通用(General...)：设置SkyMap盘位置、真实星图更新频 率、右键菜单栏及其他一些杂项。 状态栏(Status Bar...)：勾选要在状态栏显示的信息。 其中有： 高度/方位角(Altitude/Azimuth) 赤经/赤纬(RA/DEC) 视图层级(View level) 两点间角距(Separation/PA)：显示在星图上最后一次点击 的点和倒数第二次点击的点之间的角距 天体星等限制(Star mag limit)(mag=magnitude)：亮度低于 多少星等的天体不在星图上显示 深空天体星等限制(Deep sky mag limit) ③偏好(Perference)：当地时间和日期(Local time and data) 协调时(UTC time and data) 朱利安日期(Julian time and date) 当地恒星时(Local sidereal time) 当地标准时间时钟/协调时时钟/莱曼阿尔法太阳望远钟 (LMT clock/UTC clock/LST clock) 快捷键设置(Keyboard Shortcut) 图片(Picture...)：设置天体图片的位置、外接等 背景图片(Background Images...) 视野等级(Level...)：1、2、……、9、0数字键对应的角距、 天体星等限制、深空天体星等限制…… …… ◇查看(View)： ③工具栏(Toolbars)：设定是否显示各工具组栏和工具箱。 放大星图/缩小星图/缩放星图时是否改变星图设置
分层式移动平台运动控制系统设计
分层式移动平台运动控制系统设计 为达到移动机器人可以实现对特殊环境进行高速、高精度稳定可靠的运行目标，基于分层式模式的移动机器人运动控制系统能够充分运用PC端，文章制定了PC+STM32的分层式移动控制机器人的总体设计方案，并完成了该运动控制系统的车体位姿求解算法。此外，文章完成了分层式人机界面操作系统设计，对样机进行了实验系统搭建，为移动、监控、自动化工厂等提供平台。就智能移动机器人系统控制的姿态求解进行实验测试，实验结果表明：所研制的远程操作车体具有控制系统可靠稳定、响应迅速、定位准确的特点。 标签：移动机器人；分层式；运动控制系统 Abstract：In order to achieve the goal of high speed，high precision，stability and reliability，the mobile robot can operate in special environment. The motion control system of mobile robot based on hierarchical mode can make full use of PC. In this paper，the overall design scheme of the hierarchical mobile control robot based on PC+STM32 is worked out，and the algorithm for solving the vehicle posture of the motion control system is completed. In addition，the paper completes the design of the layered man-machine interface operating system. The experimental system of the prototype is built，which provides a platform for mobile，monitoring，automation factory and so on. The attitude solution of intelligent mobile robot system is tested experimentally. The experimental results show that the control system is reliable and stable，the response is rapid and the positioning is accurate. Keywords：mobile robot；hierarchical；motion control system 1 智能移動机器人的控制系统体系架构设计 1.1 简介 移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统[6]，智能机器人所面向的环境是现实世界中复杂的动态环境，如何利用自身受限的感知和行为能力，引导机器人顺利完成复杂的任务，是智能机器人控制系统需要解决的主要问题[10]，但在目前全自主移动机器人还大多处于实验阶段，进入实用的多为半自主移动机器人，通过人的干预在特定环境中执行各种任务，而遥控机器人则完全离不开人的干预[5]，移动机器人是目前科学技术发展最活跃的领域之一。 针对移动机器人的结构特点和运动特性，车体结构采用轮式车体，主要包括车轮车架，传动装置和驱动电机等部分。为达到移动机器人可以实现对特殊环境进行高速、高精度稳定可靠的运行目标[9]，智能移动机器人需要对操作控制系统、位姿反馈算法等展开阐述。本文主要集中于控制系统的设计，提出一套开放式的分布式运动控制系统，开放式机器人运动控制系统因具有可互操作性、可移
天体物理概论_向守平_第一章绪论探索宇宙12天体物理学简史资料
§1.2 天体物理学简史 真正意义上的天体物理学开始于十九世纪。由于分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究，对天体的结构、化学成分、物理状态的研究形成了完整的科学体系。 天体物理学发展史上的一些主要事件是：（注：科学家在天体物理学领域的重大进展已经获得了十几次诺贝尔物理奖）
1864年英国天文爱好者哈根斯和意大利教士塞西分别用摄谱仪证认出一些恒星的元素谱线，哈根斯并根据多普勒效应测定了一些恒星的视向速度；1869年英国天文学家洛基尔在太阳光谱中首次发现氦线，之后到1895年才由英国化学家雷姆塞在地球上发现了氦； 1885年哈佛大学天文台开始用物端棱镜方法，对恒星光谱的分类作大规模的研究，此后到1924年，共完成225，000多颗星的光谱分类，这 是近代天文史上的巨作，为以后的研究提供了丰富的资料；
1915年爱因斯坦发表广义相对论，并求出水星近日点进动的精确值； 同年，美国天文学家亚当斯发现测定恒星距离的分光视差法，使得恒 星距离测量的范围由几百光年（三角视差法的上限）达到几千光年；1917年爱因斯坦发表《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文，为现代宇宙学的奠基之作； 1919年英国天文学家爱丁顿领导的日食观测队发现太阳引力使光线偏转的现象，成为爱因斯坦广义相对论的天文学验证之一；
1920年代印度天文学家萨哈发表恒星大气电离理论，同时德国天文学家埃姆登和史瓦西、英国天文学家爱丁顿等建立了系统的恒星内部结构 1929年美国天文学家哈勃发现星系的红移-距离关系，为现代大爆炸宇宙学奠定了观测基础； 1930年 1932年前苏联物理学家朗道预言存在完全由中子构成的恒星——中子星； 1934年德国天文学家巴德与瑞士天文学家兹威基提出，中子星是超新星爆发的产物； 1937～1939年德国物理学家魏茨泽克和美国物理学家贝特提出质子-质子反应和碳氮循环两种核反应，创立了恒星核能源理论； 1939年美国物理学家奥本海默和沃尔科夫建立了中子星的理论模型，预言中子星的直径只有几千米，密度可达每立方厘米几亿 吨； 1944年荷兰天文学家范德胡斯特从理论上提出存在星际中性氢21厘米射电谱线，后在50年代初被观测证实； 1948年美国物理学家伽莫夫预言，宇宙创生于一次热大爆炸，并预言可以观测到温度大约为10K的大爆炸背景辐射遗迹； 1951～1954年美国、荷兰和澳大利亚的天文学家先用光学的方法，继而用射电方法发现并描绘出银河系的旋涡结构； 1959年美国用高空气球进行γ辐射观测，发现宇宙γ射线源，之后又发现太
历年北京市中小学生天文观测竞赛_天文知识_小学组
2008年北京市中小学生天文观测竞赛 天文知识竞赛部分 一、单项选择题：（共50小题，每小题2分，共100分） 1．为便于观测日、月、五星的运动，中国古代很早就将北天极附近的天区分为 A.黄道十二宫 B.二十八宿 C.360度 D.三垣 2、光年是天文学中的 A、时间单位 B、长度单位 C、光速单位 D、质量单位 3、太阳现在的年龄约为 A、50亿年 B、 30亿年 C、 5000万年 D、 100亿年 4、下列选项中，哪一选项都是类木行星 A、水星、火星 B、水星、土星 C、火星、土星 D、水星、天王星 E、土星、天王星 5、农历中，会发生月食的日期是哪一天 A、初一 B、初八 C、十五 D、廿二 6、我国古代将火星称为什么 A、岁星 B、启明 C、荧惑 D、镇星 7、月食出现的时候，地球、太阳、月亮是排列的。 A、地球在月亮和太阳之间 B、月亮在地球和太阳之中 C、太阳在地球和月亮之间 8、月球绕地球绕转的周期是 A、 12小时 B、半个月 C、一个月 9、金星同地球类似，但金星的温室效应已经失控，非常炎热。金星的大气中，温室效应气体大约 占多少？ A. 50% B. 72% C. 88% D. 96% 10、下列哪一颗恒星已进入了它生命的末期？ A. 天狼星 B. 织女星 C. 参宿四 D. 南门二 11、儒略?凡尔纳是最早设想太空飞行的科幻作家，在今天他的很多幻想都已成为现实。他设想可 以利用大炮将飞船射入太空，请问大炮需要将飞船加速到多少千米/秒？ A、 0.34千米/秒 B、4千米/秒 C、7.9千米/秒 D、16。7千米/秒 12、运载火箭技术同什么军事技术有关？ A. 洲际导弹 B. 巡航导弹 C. 原子弹 D. 无人驾驶侦察机 13、今年8月1日，在我国部分地区可以观赏到壮观的天象---日全食，请问8月16日那天，在北京地 区月亮升起的时间大约是几点？ A8点 B、12点 C、18点 D、23点 14、心宿二位于
第一章作业_传统、天文观测手段用于大地测量的研究
传统/天文观测手段用于大地测量的研究 摘要：随着生产力的迅猛发展、科学技术水平的不断提高，不少部门和领域对大地测 量有了更新的要求，而传统的大地测量由于不具有大范围、高精度、实时动态的特点 及其诸多的局限性，更高精度、更快捷、更简便的空间大地测量逐渐取代其而成为大 地测量的主要技术手段。 关键字：传统大地测量学；空间大地测量学；卫星重力测量；航空重力测量 1.传统大地测量的局限性 1.1 定位时要求测站间保持通视 在用传统大地测量技术进行观测时，要求观测仪器与照准目标间保持通视，而这种基本要求会引发如下一系列的问题：（1）需要花费大量的人力物力来修建觇标；（2）观测边长受到限制；（3）迁站困难。 1.2 无法同时精确测定点的三维坐标 采用传统的经典大地测量方法进行定位时，点的平面位置是以椭球面为基准面通过三角测量、导线测量、插网、插点等方法求得；而点的高程是通过水准测量的方法测量得到，由于二者观测路线迥异，受观测条件限制一般不可能同时测得平面坐标以及高程。 1.3 观测受气象条件的限制 用传统大地测量方法进行定位时，当遇大雾、大风、大雪的天气，都无法进行外业观测，不仅影响作业效率，而且会极大的影响测量精度。 1.4 难以避免某些系统误差的影响 由于地球形状并不是一个规则的球体，地球的引力场也并不均匀，采用传统的大地测量方式进行观测时，会受到诸如地球旁折光等一些因素的影响，导致测量结果中含有不可克服的系统误差，会极大的损害定位精度。 1.5 难以建立地心坐标系 仅靠传统的大地测量方法不能在海洋上布设控制网进行测量，受观测条件等限制也不能得到所有陆地表面的大地测量资料，在这种情况下得到的椭球定位一般无法使参考椭球体的中心与地球质心重合。 2.空间大地测量的产生及其可能性 2.1时代对大地测量提出的新要求 随着生产力迅猛发展、科学技术水平的不断提高，不少部门和领域对大地测量学提出了新的要求： （1）要求提供更精确的地心坐标； （2）要求提供全球统一的坐标系； （3）要求在长距离上进行高精度的测量； （4）要求提供精确的（似）大地水准面差距； （5）要求高精度、高分辨率的地球重力场模型； （6）要求出现一种全天候、更为快捷、精确、简便的全新的大地测量方法。
《测量学基础》第一章绪论作业与习题
《测量学基础》第一章绪论作业与习题 一、选择题 1．测量学的任务是（）。 A．高程测量；B．角度测量；C．距离测量；D．测定和测设。 2．确定地面点位关系的基本元素是（）。 A．竖直角、水平角和高差；B．水平距离、竖直角和高差； C．水平角、水平距离和高差；D．水平角、水平距离和竖直角。 3．测量上所说的正形投影，要求投影后保持（）。 A．角度不变；B．长度不变；C．角度和长度都不变。 4．传统的测量方法确定地面点位的三个基本观测量是( )。 ①水平角②坡度③水平距离④坐标值⑤方位角⑥高差 A．①②③；B．①②⑤；C．①③⑥；D．②④⑥。 5．目前中国建立的统一测量高程系和坐标系分别称为( )。水准原点在山东青岛， 大地原点在陕西泾阳。 A．渤海高程系、高斯平面直角坐标系；B．1956 高程系、北京坐标系； C．1985 国家高程基准、1980 国家大地坐标系；D．黄海高程系、84WGS。 6．自由静止的海水面向大陆、岛屿内延伸而成的闭合曲面称为水准面，其面上任一点的铅垂线都与该面相垂直。与平均海水面相重合的水准面称为（）。某点到大地水准面的铅垂距离称为该点的( )。 A．大地水准面、相对高程；B．水准面、高差； C．旋转椭球面、标高；D．大地水准面、绝对高程。 7．位于东经116°28′、北纬39°54′的某点所在6°带带号及中央予午线经度分别为( )。 A，20、120°；B．20、117°；C．19、111°；D．19、117°； 8．某点所在的6°带的高斯坐标值为xm = 366712.48m，ym = 21331229.75m，则该点位于( )。 A．21 带、在中央子午线以东；B．36 带、在中央子午线以东； C．21 带、在中央子午线以西；D．36 带、在中央子午线以西。 9．从测量平面直角坐标系的规定可知( )。 A．象限与数学坐标象限编号顺序方向一致； B．X 轴为纵坐标轴，y 轴为横坐标轴； C．方位角由横坐标轴逆时针量测； D．东西方向为X 轴，南北方向为y 轴。 10．相对高程是由（）起算的地面点的高度。 A．大地水准面；B．任意假定水准面；C．水平面；D．竖直面。 11.测量工作的实质是（） A．确定地面点的高程测量；B．确定地面点的空间位置； C．确定地面点的位置；D．测定和测设。
天文漫谈第一章参考答案
天文漫谈 第一章测试 仅供参考 1 【单选题】 (5分) 诗《天上的街市》作者是谁？ A. 徐志摩 B. 顾城 C. 北岛 D. 郭沫若 正确 本题总得分5分 2 【单选题】 (5分) “四方上下曰宇，往古来今曰宙”最先是谁提出的？ A. 孟子 B. 孔子 C. 老子
D. 尸子 正确 本题总得分5分 3 【单选题】 (5分) 1光年、1天文单位、1亿km、1万亿km哪个最长？ A. 1万亿km B. 1亿km C. 1天文单位 D. 1光年 正确 本题总得分5分 4 【单选题】 (5分) 现在公认我们的宇宙年龄大约几何？ A. 上千亿年 B. 上千万年 C. 上百亿年 D.
上十亿年 正确 本题总得分5分 5 【单选题】 (5分) 1等星比6等星要亮或暗多少倍？ A. 暗100倍 B. 亮6倍 C. 亮100倍 D. 暗6倍 正确 本题总得分5分 6 【单选题】 (5分) 夜空中最亮的恒星是： A. 天狼星 B. 北极星 C. 织女星 D. 金星
正确 本题总得分5分 7 【单选题】 (5分) 视星等接近零等的天体是： A. 织女星 B. 天狼星 C. 金星 D. 太阳 正确 本题总得分5分 8 【单选题】 (5分) 哈勃望远镜位于： A. 环绕月球的轨道上 B. 伦敦皇家天文台 C. 美国的黄石公园 D. 环绕地球的太空轨道上 正确
本题总得分5分 9 【单选题】 (5分) 天文距离单位中，1天文单位是： A. 太阳的直径 B. 100光年 C. 10光年 D. 日-地间的平均距离 正确 本题总得分5分 10 【多选题】 (5分) （注意：本题为多选题） 在本章《序》里直接提及的《天文漫谈》将讲述内容包括： A. 星座古希腊神话 B. 小行星及彗星 C. 四季星座辨识 D. 恒星的起源与演化 E.
科普宇宙天文学的基本知识
科普宇宙天文学的基本 知识 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
【科普】宇宙天文学的基本知识! ! 宇宙是如何形成的? 1.科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不在膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种“暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。 2.宇宙学说认为，我们所观察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右，奇点产生后发生大爆炸，从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。 3.宇宙大爆炸后0.01秒，宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后，物质迅速扩散，温度迅速降低。大爆炸后1秒钟，下降到100亿度。大爆炸后14秒，温度约30亿度。35秒后，为3亿度，化学元素开始形成。温度不断下降，原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下，形成恒星系统，恒星系统又经过漫长的演化，成为今天的宇宙。 宇宙是什么?宇宙有多大?宇宙年龄是多少? 宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那么要经过130亿年才能到达地球。根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。 宇宙有多少个星系?每个星系有多少颗恒星?
行星的观测方法
行星的观测方法 观测水星 观察水星的最佳时候是在日出之前越50分钟，或日落后50分钟。当我们朝最靠近太阳的行星——水星看的时候，我们也就是朝太阳的方向看。需要牢记的是不要直接看太阳。 若用望远镜看水星没，则可以选择水星在其轨道上处于太阳一侧或另一侧离太阳最远（答距）时，并在日出前或日落后搜寻到它。天文历书会告诉你，这个所谓的“大距”究竟是在太阳的西边（右边）还是东边（左边）。若是在西边，则可以在清晨观测，；若是在东边，则可以在黄昏观测。知道了日期，又知道了在太阳的哪一侧搜寻，还应该尽可能挑一个地平线没有东西阻隔的地点。搜寻水星要在离太阳升起或落下处大约一柞宽的位置。你将会看到一个小小的发出淡红色光的星星。 在其被太阳光淹没之前，你大概可以观测他2个星期。6个星期之后，它又会在相对的距角处重新出现。 观测金星 金星的轨道比水星的要大。当进行处于西方（在太阳之又）或东方（在太阳之左）的最大距角时，看起来它距太阳比水星星距太阳远一倍。金星是天空中最亮的天体之一，观察它的最佳时间可能是当太恰好位于地平线以下的时候。必须注意，千万不能用眼睛直接看太阳。太阳落山金星随后落下，此时它位于太阳之左；太阳升起前，金星首先升起，此时它位于太阳之右。 你很容易分辨出金星来，它明亮而略呈黄色。当金星呈大“新月”形时，用双筒望远镜观测它是最合适的。此时金星位于最大距角点与下合点之间。在下合点时金星位于地球与太阳之间，我们便看不到它了，注意调好望远镜的焦距，使之能观察遥远的物体。 观测火星 当地球位于火星与太阳之间时，称为火星冲日。这是观测火星的好时机。当太阳西下，火星正从东方升起，火星整晚都在地平线以之上，探索它的最佳时刻就是太阳刚刚西下以后，火星每2年零两个月冲日一次，可是，对于观看火星来说，有些冲日比其他冲日更要优越。最好观察的时节在夏末，每过15～17年才会有这样理想的观察时机。上一次这样的观察时机发生在2003年。然而，凭借优良的望远镜和火星那与众不同的红色光芒的照耀，我们大多数年份可以观察到它。一架放大功能极佳的望远镜可以显示出火星极地上的一块白斑。由于火星季节性的气温变化，白斑会在几周的时间会增大或者消融。 观测木星 木星每隔13个月便与地球处于冲的位置，你通过双筒观剧镜和望远镜就可很容易看到它。利用望远镜你甚至可能看到几个或全部4个伽利略卫星。木星通过黄道星座需一年时间，而沿轨道饶太阳运行一圈需12年时间，从隶书上可查到木星处于哪个星座。 木星非常明亮，比最明亮的恒星天狼星要亮3倍。用星图很容易找到木星。木星放射着稳定的黄色光芒。伽利略卫星在木星赤道平面的细线状区域内运行，在他们的运行轨道上呈现为亮点状。 一架放大20倍的望远镜，可使你看到木星略呈扁圆形，若想看到木星大气层的亮带，则需要一个放大倍数高得多的望远镜。
第一章-练习册
第一章行星地球 第一节宇宙中的地球 1．下列属于天体的是() 空中飞行着的飞机着陆的“神舟七号”飞船 A B 绕月球运动着的“嫦娥二号”地月系 C D 图L1-1-1 “一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星，挂在天空放光明，好像许多小眼睛……”是一首大家耳熟能详的童谣。回答2～3题。 2．童谣中所说星星大多属于() A．行星B．恒星C．流星D．星云 3．下列属于上题所述天体类型的是() A．太阳B．月球C．木星D．陨星 读太阳系局部示意图(图L1-1-2)，完成4～5题。 图L1-1-2 4．图中的天体Ⅴ是() A．火星B．金星 C．水星D．木星 5．与地球相比，天体Ⅴ没有生命存在的原因是() ①没有适合生物生存的大气条件②没有固体表面 ③距太阳较近，表面温度偏高④没有昼夜交替现象 A．①②B．③④ C．①③D．②④ 地球是太阳系中的一颗普通行星，然而地球贵在是一颗适合生物生存和繁衍的行星。虽然我们相信宇宙中还会有其他存在生命的星球，但是至今，我们还没有发现它们。据此回答 6～7题。 6．太阳系中，在质量、体积、平均密度和运动方向等方面与地球极为相似的行星，称为类地行星。下列属于类地行星的是() A．火星B．土星C．木星D．天王星 7．下列关于地球生物出现、进化的论述，正确的是() A．存在大气，地球上必然存在生物 B．日地距离对地球表面温度的高低没有必然的影响 C．地球体积和质量对地球大气圈的形成没有作用 D．比较安全、稳定的宇宙环境为生命的产生、发展提供了时空条件 读流星雨景象示意图(图L1-1-3)，回答第8题。 图L1-1-3 8．来到地球的流星体绝大部分都在大气中燃烧掉了，其所表现的地理意义是()
第2章--时间计量系统(浙师大天文学题库)
第2章时间计量系统 对于未说明观测地点的观测，可以认为是在北京（东经120度，北纬40度）进行的。 一、选择题 1．下面关于历法的说法，不正确的是（）。（D） （A）太阴历以月亮的运动为依据，采用朔望月为基本周期 （B）太阳历以太阳的周年视运动为标准，采用的基本周期是回归年 （C）阴阳历同时考虑太阳和月亮的运动，把回归年和朔望月并列作为制历的基本周期 （D）中国农历属于太阴历 2．下列关于历法表述错误的是（）。 （B） （A）现行的公历中的月只是时间长度的单位，与月相无关 （B）我国农历中的月依照朔望月来确定，大月31日，小月30日 （C）按照现行公历闰年的设置方法，1900年不是闰年 （D）节气是中国历法的独创，太阳在黄道上每运行15度对应1个节气，全年共24节气 3．现行公历又称格里历，它的前身是（）。（A） （A）儒略历（B）太阴历（C）太阳历（D）)阴阳历 4．我国民间常用的农历严格讲应该是何种类型的历法？（）。（C） （A）基于月球绕地球运动的阴历 （B）基于地球绕太阳运动的太阳历 （C）综合考虑地球绕太阳运动和月球绕地球运动的阴阳合历 （D）是一种与地球和月球运动基本无关的历法 5．下面关于中国农历，说法不正确的是（）。(B) （A）以月相朔所在的那一天为每月的初一 （B）它属于太阴历 （C）对年、月、日的安排完全以月相盈亏和太阳周年视运动两个自然周期为周期 （D）二十四节气是将太阳黄经按角度均分为24分，但每个节气时间长短并不均匀 6．我国采用的农历是哪一种历法？（）。（C） （A）太阴历（B）太阳历（C）阴阳历（D）儒略历 7．中国历法以（）作为回归年的起点。（D） （A）春分（B）夏至（C）秋分（D）冬至 8．以下农历24节气中按时间排列顺序正确的是（）。（C） （A）惊蛰、清明、春分 （B）春分、惊蛰、清明 （C）芒种、夏至、小暑 （D）芒种、小暑、夏至 9．在传统习俗中，进入“数九寒天”时，画九朵未上色的九瓣梅花，每日填红一瓣。那么，从哪一天开始填红? （）。（D） （A）立冬（B）小雪（C）大雪（D）冬至 10．我国民俗中，认为在某一个节气后，阳气上升，大地回暖。这个节气是？（）。（A）（A）冬至（B）大雪（C）大寒（D）立春 11．按干支纪年法2005年是乙酉年，那么北京奥运会的2008年是什么年？（）。（D）（A）甲申（B）丙戍（C）丁亥（D）戊子