[科普中国]-天文纬度

简介

纬度是指地球椭圆体上赤道平面与某点的法线的夹角，它是以赤道为基准。是地球表面上某点的坐标之一。通常是指该点的地理纬度，用符号“φ”表示。通过天文观测方法求得的纬度，称为天文纬度。天文纬度是在地球椭圆体上某点的铅垂线（重力方向线）与赤道平面的夹角。天文纬度与地理纬度之差称为垂线偏差，它是该点椭圆子午线法线与该点的铅垂线之间的夹角(一般为±1″.5~±2″.0，个别地区可达几十秒)，有时又笼统地将天文纬度近似地当成地理纬度。此外，还有地心纬度，它是某点地球椭圆体的向径(该点与地心的连线)与赤道面的夹角。地心纬度与地理纬度之差，在赤道和两极都为o，而在φ=45°处，此差值为最大，可达11′.6。纬度的度量方法是从赤道向北或向南，从0°~90°。在赤道以南的为南纬，以北的为北纬。若将地球当成圆球体，纬度等于赤道至该点的经线弧距，或该弧距所对应的球心角。2

天文纬度测量天文纬度的测量与天体经度测量类似，也利用了天文定位三角形所建立的关系进行测量。

天体天顶距法若已知赤经α和赤纬δ的某天体，对该天体进行观测得到相应表面时X的天顶距z，并收取无线电时号得到表差 ，即可由（1）式获得天文纬度φ。

由于该法主要是通过测定天体的天顶距进行纬度测量，所以称为天体天顶距法，具体的有北极星天顶距法和太阳天顶距法。

如图1所示，对于观测的天体b，过b作大圆弧垂直于子午圈并交于D，而测站的天文纬度φ等于天顶的赤纬，即 ，令

当观测天体位于天顶以北时，如图1（a）所示，则有

当观测天体位于天顶以南时，如图1（b）所示，则有

以观测天体位于天顶以南为例，在球面三角形PDb中：

根据球面三角形五元素公式，有

化简得

即

另外，在球面直角三角形ZDB中：

根据球面三角形五元素公式，有

化简得

再在球面三角形PDb中取Db边的余弦公式，可推导得

由式（11）、（12）可得

获得了m及n，即可用式（3）或（4）求得测站的天文纬度。在进行天文纬度测量时，经常选用北极星或太阳作为观测天体。

（1）北极星天顶距法测定纬度的具体流程如图2所示，计算流程如图3所示，具体实例可参阅相关参考文献（董挹英，刘彩璋等 1992）。

（2）太阳天顶距法测定纬度的具体流程如图4所示，计算流程如图5所示，具体实例可参阅相关参考文献（董挹英，刘彩璋等 1992）。3

中天法中天法又称南北星对法。当天体上中天时，有

则纬度计算公式为

由公式可看出，当所选南北两星过子午圈的前后时间间隔较短，且两星的天顶距接近时，能有效削弱竖盘读数和蒙气差导致的系统误差。在采用此方法时，必须提前进行一下工作：编制观测星表（各星的α、δ），并将望远镜视准轴置于测站子午面内。3

太尔各特法这是一种高精度的天文纬度测量方法，基本原理与中天法相同。使用WILD T4经纬仪和DKM3-A经纬仪配合进行观测。我国采用此法进行一等点的天文纬度测量。3