[科普中国]-真子午线

定义

通过地面上一点指向地球南北极的方向线叫做该点的真子午线方向。其角度有两种表示方法：一种是自北端开始按顺时针方向由0°到360°。地面上任一直线与真子午线所夹的水平角叫做真方位角(如下左图)；另一种是在子午线的南、北两端各有一个0°，向左右各注90°。北东为象限I，南东为象限Ⅱ，南西为象限III，北西为象限IV。在地面上任一直线与真子午线所夹的角叫做象限角。角度的读法，如北东40°，南西64°(如下右图)。

真子午线须用天文观测才能测出。一般工程常利用国家已测设的三角点成果推测出本工程各直线段的真子午线。2

真子午线方向过地球表面某点的真子午线的切线方向。它是直线定向的标准方向之一。地球上各点的真子午线方向是不平行的(赤道上的点除外)，它是通过天文测量而确定的。真子午线方向相互不平行．它们在其延长线上与地轴延长线相交。相邻两真子午线方向间的角称为子午线收敛角，以γ表示，子午线收敛角γ的大小与两点间的距离有关。3

真子午线的测定可通过观测已知天体的坐标位置来测定真子午线。当采用这种方法时，必须和大地测量部门合作计划磁测，大地测量部门会提供坐标数据和运算方法。本次将讨论由观测太阳来测定真子午线。如果太阳不太高，这个方法可以整天都得出良好的结果。太阳接近地平面时，时间误差和其它误差对结果的影响最小。

可以很方便地在观测时间里通过测量太阳的位置，求得一个观测点的真子午线。太阳的方位角可由天极P、天顶Z和太阳(见上图)所确定的球面三角形计算出来。从这个球面三角形可找出下列关系：

用(2)除(1)，得到

用台式计算机就可以很方便地按这个方程式计算方位角。如用对数计算，将下列各式代入方程（1）；

得到

用（2）除（6），得出

用（2）除（4）时，从下式得到辅助角M

上述各式中符号的意义是：

Az——观测时的太阳方位角。从正南子午线到通过天顶和太阳的大圆的夹角为正。Az是从0°到东180°和西180°；

t——时角。从正南子午线到过天极和太阳大圆的平面的夹角为正。t是从0°到东180°和西180°(t在观测时测定)；

Z——观测时太阳的天顶距；

δ——太阳的视偏角。6由天文年历中给出，其变化范围在N23°27'(+23°27')至S23°27'(-23°27')之间；

φ——观测地点的纬度(从大比例地图上求出)。在北半球为正，南半球为负。计算时角t时，下列各数是需要的；

λ——观测地点的地理经度(从大比例地图上求出)。λ是从0°到东180°和西180°，

GHA——格林威治时角，用内插法从航海日历求出。观测时间的时角，从正南子午线通过西、北和东回到正南子午线，算做从0°到360°；

历书中天——用历书时表示的太阳在历书子午圈上的中天。在这里，它们分别与格林威治子午圈、格林威治平时(或世界时)等同。对观测时刻的历书中天，由太阳历内插得到。在历书中天时，GHA为0。

用上述所列规定，在两个半球内，cot Az和tan Az在南边两个象限内的方位角为正，在北边两个象限里的方位角为负。因为，在上午或下午进行观测是已知的，从计算得出的方位角就能换算为真方位角(或真正位置)；它是由北通过东、南、西而到北算做从0°至360°。从上述公式算出的方位角，对观测时过太阳中心线有效。因为只能对太阳边缘进行观测，经纬仪的水平度盘上的读数就必须换算为太阳中心线，即将太阳的半径换算到水平面，再将它从计算中加上，或者减去：太阳半径× cosec Z（或 太阳半径/sin Z）。要计算天顶角Z，从球面三角形得出

从经纬仪水平度盘的读数中减去算出的方位角，就得到了真子午线。为要使真子午线的方向固定不变，需将它与接近水平面的明显的物体(方位标志)联系起来。

实际操作要得到正确结果，经纬仪所处的位置必须每次正好相同，正如测磁偏角的磁经纬仪的位置每次要完全相同那样。在一个过去测量留下的标记上进行观测时，将三脚架架设在标记上，三个脚尽量伸开，并使架头接近水平。在标记上校正经纬仪的中心点，可以采用快速校正装置，使经纬仪在三脚架头上移动几厘米，或者变动三脚架脚的位置，直至铅锤恰好在标记上。观测员用脚将三脚架的脚紧紧踩入地里，旋紧三脚架头上的螺丝，使脚和架头牢固地联起来。初学者常常忘记这样做。如果是在平地进行测量，而且以后要变动三脚架，就要在铅锤正指的地面打入一个木桩。校正中心要求的准确度与观测目标位置的距离成反比。如果目标相距1公里，仪器横向移动30厘米，将导致标记中心位置有1弧分的误差。最后，小心地校准经纬仪的水平。

误差的减小为了消除瞄准误差和由于望远镜旋转轴倾斜产生的误差，必须在望远镜的两个可能位置进行观测。这可由观测者从望远镜中看到的经纬仪的垂直度盘的位置分辨出来。因此，就有两个望远镜位置：垂直度瘟左(VCL)和垂直度盘右(VCR)。

测量过程选定几个方位标志，使其与观测点的联线能很好地在测点相交。这对于以后不在过去留下的标记上测量或找不到过去的标记时，寻找新的测点是很重要的。如果是用QHM观测磁偏角的话，至少要有一个方位标志很明显，使得用旅行式磁经纬仪上较差的望远镜或QHM的望远镜能清晰地看见它。在望远镜的两个位置上将各个方位标志观看一遍。用类似某种枪炮瞄准仪的补助装置将望远镜对准太阳。可以借助装置的前部投影到它的后部的阴影来调整望远镜。调望远镜，使太阳约在视野中心，而垂直丝略在太阳前沿的前边，记下太阳前沿与垂直丝接触的时间，读出水平度盘刻度，并记录观测结果。不要动经纬仪，等待太阳后沿的切割。当太阳很快上升时，可能要用垂直度盘的切向螺丝来调整望远镜。将照准仪方位转动180°，倒转望远镜，像前面那样观测太阳的通过。最后，在望远镜的两个位置再对各方位标志做一遍观察。下列野外记录的例子说明这个操作过程。用98条中所用的计时器和停表，记下切割时间。将太阳的前沿和后沿像在望远镜所见到的那样记下来。不要试图反算望远镜或棱镜目镜中的影像(在这里，经纬仪有一个倒转望远镜，它和一个用棱镜做的目镜合并使用。因此，太阳在方位上的视运动就和实际运动同一方向)。从计时器读数中减去停表读数，在得出度盘读数后记下结果。计算太阳前沿和后沿的时差。两组观测结果的时差应该几乎相等。如果方位标志的度数在太阳观测前后近乎—‘致，只差十分之几弧分，那末观测就是成功的。

适用地区，天气这个简易方法在中纬度和高纬度地区天气晴朗时是有效的。在低纬度地区，太阳的前沿和后沿切割要好几分钟。在阴天，也许不可能观测到太阳后沿的切割。一般采用下列观测方法：在望远镜的两个位置对各方位标志观察一遍后，对太阳的每个边沿对准两次。将望远镜倒转，再对太阳进行四次观测，然后对各方位标志观察一遍，观测即告完毕。4