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天顶望远镜是以天顶附近的恒星为观测目标的一种地面光学天体测量望远镜,充分降低了大气折射的影响,其高精度观测资料可解算出天文经纬度,主要用于垂线偏差的流动测量、垂线长期变化的测量、以及天文地震相关的研究工作。最近,中国科研人员利用CCD相机以及高精度倾斜仪等新器件和技术研制成功新型数字化天顶望远镜(DZT),将在天文学和地球科学的交叉研究中发挥重要作用。
相关的研究论文名为“我国的数字化天顶望远镜样机”,发表于《科学通报》英文版2014年第59卷17期。
近年,由山东科技大学出资,委托国家天文台研制适用于大地测量的天顶观测望远镜,国家天文台王红旗等人于近期成功研制出国内首台无水银盘CCD天顶望远镜样机(DZT-1),并且在试观测过程中取得了很好的观测结果。
照相天顶筒(PZT)、等高仪、中星仪等被称为经典天体测量仪器。由于PZT特殊的观测方式,在20世纪中期地球自转参数(ERP)测量中,其观测精度相对最高。同时因这类望远镜以水银反射面确定的铅垂线为观测基准,测量资料含有地方铅垂线变化的信息。
铅垂线变化的测量在天文学和地球科学研究中有重要意义。表征大地水准面相对参考椭球面倾斜程度的垂线偏差需要天体测量望远镜与GPS联合测量获得。特别是中国学者发现的经典天体测量测望远镜的观测资料在其周围地区发生强地震前夕出现短期异常的现象,被认为可能是震前震区地下物质运动引起的铅垂线异常变化对经典天体测量望远镜观测的影响。此类资料对地震预测研究将是有价值的。
20世纪80~90年代兴起的甚长基线干涉(VLBI)等新技术仪器以更高的精度承担了测量ERP的工作,取代了经典天测望远镜,但它们的观测资料不含铅垂线变化的信息,不能用于开展与垂线变化有关的研究工作。
中国的科研人员参照经典PZT的光学结构,使用CCD相机为终端,高精度倾斜仪与平面反射镜相结合取代水银盘,使DZT的观测效率大大提高,一幅观测图像包含几十甚至几百颗星,并同时进行处理,颠覆了传统方法对仪器的特殊要求,使之成为高精度、可移动、使用非常方便的天体测量仪器,既可用为定点观测,又可作为野外流动观测的大地测量仪器。DZT样机和截取的一幅图像如图1所示。
采用CCD相机为观测终端的DZT,其数据处理过程主要包括:星像提取及星像质心计算、恒星视位置计算、星图自动识别、天顶点位置计算及仪器倾斜改正。试观测数据处理结果表明DZT的单次测量精度可达0.15-0.3″,15分钟一组的观测精度可达0.07-0.08″,达到甚至优于经典天体测量仪器的测量精度。
图1 天顶望远镜样机(DZT-1)和观测图像
DZT可通过遥控实现无人值守观测,同时因其小型化和易于移动,便于垂线偏差的流动测量、垂线长期变化的测量、以及天文地震相关的研究工作,同时项目组已经考虑更高性能新型DZT研制的问题,开展新型仪器关键技术研究,以使DZT可在天文学和地球科学领域发挥重要作用。
来源论文:
1.田立丽,郭金运,韩延本等.我国的数字化天顶望远镜样机.科学通报,2014,59(12):1094-1099.
http://csb.scichina.com:8080/kxtb/CN/Y2014/V59/I12/1094
2.王博,田立丽,王政等.数字化天顶望远镜观测图像及数据处理.科学通报,2014,59(12):1100-1107.
http://csb.scichina.com:8080/kxtb/CN/Y2014/V59/I12/1100
3.Tian LL, Guo JY, Han YB et al. Digital zenith telescopeprototype of china. Chin.Sci.Bull. 2014,59(17):1978-1983.
http://link.springer.com/article/10.1007/s11434-014-0256-z
4.Wang B, Tian ll, Wang Z et al. Image and dataprocessing of digital zenith telescope (DZT-1) of China. Chin Sci Bull.2014,59(17):1984-1991.
http://link.springer.com/article/10.1007/s11434-014-0277-7
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