天体测量方法

‘壹’ 天体测量学的研究方法

通过研究天体投影在天球上的坐标，在天球上确定一个基本参考坐标系，来
测定天体的位置和运动，这种参考坐标系，就是星表。在实际应用中，可用于大地测量、地面定位和导航。地球自转和地壳运动，会使天球上和地球上的坐标系发生变化。为了修正这些变化，建立了时间和极移服务，进而研究天体测量学和地学的相互影响。古代的天体测量手段比较落后，只能凭肉眼观测，对于天体测量的范围有限。随着时代的发展，发现了红外线、紫外线、X射线和γ射线等波段，天体测量范围从可见光观测发展到肉眼不可见的领域，可以观测到数量更多的、亮度更暗的恒星、星系、射电源和红外源。随着各种精密测量仪器的出现，测量的精度也逐渐提高。
在天文学产生后的一段很长时间里，人类只限于用肉眼观测太阳、月亮、行星和恒星在天空中的位置，研究它们的位置随时间变化的规律。在对星星测量的基础上，古代的天文学家注意到恒星在天空的位置相对不动，由此绘制出星图，划分星座和编制星表；进而研究太阳、月亮及行星的运动，在测量天体视运动的基础上编制历法。17世纪初发明了望远镜；17世纪下半叶又创立了微积分，发现了万有引力定律。拥有望远镜的巴黎天文台和格林尼治天文台相继建立起来了。天体测量学的新发现，如光行差现象、地轴的章动现象、恒星视差的测定等等接连为人们所认识，天体测量学的成果通过时间服务和历书编算（即授时和编历）等，被运用到大地测量和航海事业等方面。

‘贰’ 如何测定行星到地球距离1.我指的是如太阳

一般是用三角法，比如说地球在春分点和秋分点时分别观测一颗恒星对地球的角度，然后以公转轨道半径为基线，算出它距地球的距离。
对于较近的天体（500光年以内）采用三角法测距。
500－－10万光年的天体采用光度法确定距离。
10万光年以外天文学家找到了造父变星作为标准，可达5亿光年的范围。
更远的距离是用观测到的红移量，依据哈勃定理推算出来的。
不同的天体距离要有不同的方法，摘抄如下：
天体测量方法
2.2.2光谱在天文研究中的应用
人类一直想了解天体的物理、化学性状。这种愿望只有在光谱分析应用于天文后才成为可能并由此而导致了天体物理学的诞生和发展。通过光谱分析可以：(1)确定天体的化学组成；(2)确定恒星的温度；(3)确定恒星的压力；(4)测定恒星的磁场；(5)确定天体的视向速度和自转等等。
2.3天体距离的测定
人们总希望知道天体离我们有多远，天体距离的测量也一直是天文学家们的任务。不同远近的天体可以采不同的测量方法。随着科学技术的发展，测定天体距离的手段也越来越先进。由于天空的广袤无垠，所使用测量距离单位也特别。天文距离单位通常有天文单位(AU)、光年(ly)和秒差距(pc)三种。
2.3.1月球与地球的距离
月球是距离我们最近的天体，天文学家们想了很多的办法测量它的远近，但都没有得到满意的结果。科学的测量直到18世纪（1715年至1753年）才由法国天文学家拉卡伊(N.L.Lacaille)和他的学生拉朗德(Larand)用三角视差法得以实现。他们的结果是月球与地球之间的平均距离大约为地球半径的60倍，这与现代测定的数值（384401千米）很接近。
雷达技术诞生后，人们又用雷达测定月球距离。激光技术问世后，人们利用激光的方向性好，光束集中，单色性强等特点来测量月球的距离。测量精度可以达到厘米量级。
2.3.2太阳和行星的距离
地球绕太阳公转的轨道是椭圆，地球到太阳的距离是随时间不断变化的。通常所说的日地距离，是指地球轨道的半长轴，即为日地平均距离。天文学中把这个距离叫做一个“天文单位”(1AU)。1976年国际天文学联合会把一个天文单位的数值定为1.49597870×1011米，近似1.496亿千米。
太阳是一个炽热的气体球，测定太阳的距离不能像测定月球距离那样直接用三角视差法。早期测定太阳的距离是借助于离地球较近的火星或小行星。先用三角视差法测定火星或小行星的距离，再根据开普勒第三定律求太阳距离。1673年法国天文学家卡西尼(Dominique Cassini)首次利用火星大冲的机会测出了太阳的距离。
许多行星的距离也是由开普勒第三定律求得的，若以1AU为日地距离，“恒星年”为单位作为地球公转周期，便有：T2＝a3。若一个行星的公转周期被测出,就可以算出行星到太阳的距离。如水星的公转周期为0.241恒星年，则水星到太阳的距离为0.387天文单位(AU)。
2.2.3恒星的距离
由于恒星距离我们非常遥远，它们的距离测定非常困难。对不同远近的恒星，要用不同的方法测定。目前，已有很多种测定恒星距离的方法：
(1)三角视差法
河内天体的距离又称为视差，恒星对日地平均距离（a）的张角叫做恒星的三角视差(p)，则较近的恒星的距离D可表示为：
sinπ＝a/D
若π很小，π以角秒表示，且单位取秒差距(pc)，则有：D=1/π
用周年视差法测定恒星距离，有一定的局限性，因为恒星离我们愈远，π就愈小，实际观测中很难测定。三角视差是一切天体距离测量的基础，至今用这种方法测量了约10,000多颗恒星。
天文学上的距离单位除天文单位（AU）、秒差距(pc)外，还有光年(ly)，即光在真空中一年所走过的距离，相当94605亿千米。三种距离单位的关系是：
1秒差距(pc)＝206265天文单位(AU)＝3.26光年＝3.09×1013千米
1光年(1y)＝0.307秒差距(pc)＝63240天文单位(Au)＝0.95×1013千米(
（2)分光视差法
对于距离更遥远的恒星，比如距离超过110pc的恒星，由于周年视差非常小，无法用三角视差法测出。于是，又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法。该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度，知道了光度（绝对星等M），由观测得到的视星等(m)就可以得到距离。
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光关系测距法
大质量的恒星，当演化到晚期时，会呈现出不稳定的脉动现象，形成脉动变星。在这些脉动变星中，有一类脉动周期非常规则，中文名叫造父。造父是中国古代的星官名称。仙王座δ星中有一颗名为造父一，它是一颗亮度会发生变化的“变星”。变星的光变原因很多。造父一属于脉动变星一类。当它的星体膨胀时就显得亮些，体积缩小时就显得暗些。造父一的这种亮度变化很有规律，它的变化周期是5天8小时46分38秒钟，称为“光变周期”。在恒星世界里，凡跟造父一有相同变化的变星，统称“造父变星”。

‘叁’ 恒星测距法的天体测量方法

人类一直想了解天体的物理、化学性状。这种愿望只有在光谱分析应用于天文后才成为可能并由此而导致了天体物理学的诞生和发展。通过光谱分析可以：
⑴确定天体的化学组成；
⑵确定恒星的温度；
⑶确定恒星的压力；
⑷测定恒星的磁场；
⑸确定天体的视向速度和自转等等。 月球是距离我们最近的天体，天文学家们想了很多的办法测量它的远近，但都没有得到满意的结果。科学的测量直到18世纪（1715年至1753年）才由法国天文学家拉卡伊（N.L.Lacaille）和他的学生拉朗德（Larand）用三角视差法得以实现。他们的结果是月球与地球之间的平均距离大约为地球半径的60倍，这与现代测定的数值（384401千米）很接近。
雷达技术诞生后，人们又用雷达测定月球距离。激光技术问世后，人们利用激光的方向性好，光束集中，单色性强等特点来测量月球的距离。测量精度可以达到厘米量级。 地球绕太阳公转的轨道是椭圆，地球到太阳的距离是随时间不断变化的。通常所说的日地距离，是指地球轨道的半长轴，即为日地平均距离。天文学中把这个距离叫做一个“天文单位”（1AU）。1976年国际天文学联合会把一个天文单位的数值定为1.49597870×1011米，近似1.496亿千米。
太阳是一个炽热的气体球，测定太阳的距离不能像测定月球距离那样直接用三角视差法。早期测定太阳的距离是借助于离地球较近的火星或小行星。先用三角视差法测定火星或小行星的距离，再根据开普勒第三定律求太阳距离。1673年法国天文学家卡西尼（Dominique Cassini）首次利用火星大冲的机会测出了太阳的距离。
许多行星的距离也是由开普勒第三定律求得的，若以1AU为日地距离，“恒星年”为单位作为地球公转周期，便有：T2=a3。若一个行星的公转周期被测出，就可以算出行星到太阳的距离。如水星的公转周期为0.241恒星年，则水星到太阳的距离为0.387天文单位（AU）。 河内天体的距离又称为视差，恒星对日地平均距离（a）的张角叫做恒星的三角视差（p），则较近的恒星的距离D可表示为：sinπ=a/D
若π很小，π以角秒表示，且单位取秒差距（pc），则有：D=1/π
用周年视差法测定恒星距离，有一定的局限性，因为恒星离我们愈远，π就愈小，实际观测中很难测定。三角视差是一切天体距离测量的基础，至今用这种方法测量了约10，000多颗恒星。
天文学上的距离单位除天文单位（AU）、秒差距（pc）外，还有光年（ly），即光在真空中一年所走过的距离，相当94605亿千米。三种距离单位的关系是：
1秒差距（pc）=206265天文单位（AU）=3.26光年=3.09×1013千米
1光年（1y）=0.307秒差距（pc）=63240天文单位（Au）=0.95×1013千米。 对于距离更遥远的恒星，比如距离超过110pc的恒星，由于周年视差非常小，无法用三角视差法测出。于是，又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法。该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度，知道了光度（绝对星等M），由观测得到的视星等（m）就可以得到距离。
m - M= -5 + 5logD. 大质量的恒星，当演化到晚期时，会呈现出不稳定的脉动现象，形成脉动变星。在这些脉动变星中，有一类脉动周期非常规则，中文名叫造父。造父是中国古代的星官名称。仙王座δ星中有一颗名为造父一，它是一颗亮度会发生变化的“变星”。变星的光变原因很多。造父一属于脉动变星一类。当它的星体膨胀时就显得亮些，体积缩小时就显得暗些。造父一的这种亮度变化很有规律，它的变化周期是5天8小时46分38秒钟，称为“光变周期”。在恒星世界里，凡跟造父一有相同变化的变星，统称“造父变星”。
1912 年美国一位女天文学家勒维特（Leavitt 1868--1921）研究小麦哲伦星系内的造父变星的星等与光变周期时发现：光变周期越长的恒星，其亮度就越大。这就是对后来测定恒星距离很有用的“周光关系”。目前在银河系内共发现了700多颗造父变星。许多河外星系的距离都是靠这个量天尺测量的。 20 世纪初，光谱研究发现几乎所有星系的都有红移现象。所谓红移是指观测到的谱线的波长（l）比相应的实验室测知的谱线的波长（l0）要长，而在光谱中红光的波长较长，因而把谱线向波长较长的方向的移动叫做光谱的红移，z=(l-l0)/ l0。1929年哈勃用2.5米大型望远镜观测到更多的河外星系，又发现星系距我们越远，其谱线红移量越大。
谱线红移的流行解释是大爆炸宇宙学说。哈勃指出天体红移与距离有关：Z = H*d /c，这就是着名的哈勃定律，式中Z为红移量；c为光速；d为距离；H为哈勃常数，其值为50～80千米/（秒·兆秒差距）。根据这个定律，只要测出河外星系谱线的红移量Z，便可算出星系的距离D。用谱线红移法可以测定远达百亿光年计的距离。 目视双星的相对轨道运动遵循开普勒第三定律，即伴星绕主星运转的轨道椭圆的半长径的立方与绕转周期的平方成正比。设主星和伴星的质量分别为m1和m2，以太阳质量为单位表示，绕转周期P以恒星年（见年）为单位表示，轨道的半长径的线长度A以天文单位表示，这种双星在观测者处所张的角度 α以角秒表示，则其周年视差π为：，
式中α和P可从观测得到。因此，如果知道双星的质量，便可按上述公式求得该双星的周年视差。如果不知道双星的质量，则用迭代法解上式，仍可求得较可靠的周年视差。周年视差的倒数就是该双星以秒差距为单位的距离。 移动星团的成员星都具有相同的空间速度。由于透视作用，它们的自行会聚于天球上的一点或者从某点向外发散，这个点称为“辐射点”。知道了移动星团的辐射点位置，并从观测得到n个成员星的自行μk 和视向速度V 噰（k=1,2，…，n），则该星团的平均周年视差为：
式中θk为第k个成员星和辐射点的角距，堸 为 n个成员星的空间速度的平均值。这样求得的周年视差的精度很高。但目前此法只适用于毕星团。其他移动星团因距离太远，不能由观测得到可靠的自行值。 银河系的较差自转（即在离银河系核心的距离不同处，有不同的自转速率）对恒星的视向速度有影响。这种影响的大小与星群离太阳的距离远近有关，因此可从视向速度的观测中求出星群的平均距离。这个方法只能应用于离太阳不太远，距离大约在1,200秒差距以内的恒星。
测定天体的距离是天体测量最重要的研究课题之一，尽管方法很多，但要得到可靠的结果是不容易的。因此，对于某一天体，应尽可能采用几种方法分别测定它的距离，然后相互校核，才能得到可靠的结果。

‘肆’ 天体测量学的天体的测距方法

测量宇宙的距离好像爬楼梯一样，从近距离到远距离一层一层的往上爬。而测量的距离的方法也好像接力赛跑者一样，各扮演着不同先后的角色，合力完成测量宇宙距离的任务。
距离指标需要用前一阶指标来校准，自然地，不准确也逐渐累积，所以对愈大距离的天体，距离的不确定愈高。
天文学家用来作为远距离指标的天体计有：新星、发射星云、行星状星云、球状星团、I 型超新星、星系…...其中，行星状星云与I 型超新星的亮度范围明确，亮度高，是较成功的远距离指标。
远距离指标经常需要利用近距离指标来校准，各种量距离方式的关联性，可以用一倒立的“距离金字塔图（the distance pyramid）” 来表示。 精确决定地球与太阳平均距离（一天文单位，1 AU），是量测宇宙距离的基础。
由开普勒定律，可以推算出金星与地球的最近距离约是0.28 A.U.。在金星最近地球时，用金星表面的雷达回波 时间，可找出（误差小于一公里）
1 AU = 149,597,870 公里≒1.5* 10^8 公里
测距适用范围：～1AU。 以地球和太阳间的平均距离为底线，观测恒星在六个月间隔，相对于遥远背景恒星的视差。恒星的距离d
d （秒差距，pc) = 1/ p （视差角，秒弧）
1 pc 定义为造成一秒视差角的距离，等于3.26 光年。地面观测受大气视宁度的限制，有效的观测距离约为100 pc （～300 光年）。在地球大气层外的Hipparcos 卫星与哈勃望远镜，能用视差法量测更远的恒星，范围可推广到1000 pc。
测距适用范围：～1,000 pc。 如果星体的视星等为mV，绝对星等MV，而以秒差距为单位的星体距离是d。它们间的关系称为距离模数
mV - MV = -5 + 5lgd
如果知道恒星的光谱分类 与光度分类 ，由赫罗图 可以找出恒星的光度。更进一步，可以算出或由赫罗图读出恒星的绝对星等，代入距离模数公式，即可以找出恒星的距离。
因为主序星的分布较集中在带状区域，所以光谱视差法常用主序星为标的。利用邻近的恒星，校准光谱视差法的量测。另也假设远处的恒星的组成与各项性质，大致与邻近恒星类似。误差常在25% 以上，。（注：本银河系直径约30 Kpc)
测距适用范围：～7Mpc。
例：若某恒星的视星等为+15 ，其光谱判定为G2 V 的恒星‘i从赫罗图读出该星的绝对星等为+5 ，代入距离模数公式15 - 5 = 5 log d - 5 ，求出该星的距离d= 1000 pc = 3260 光年。 位在不稳定带的后主序带恒星，其亮度有周期性的变化（周光曲线），而综合许多变星的周光关系，可以发现变星亮度变化周期与恒星的光度成正比（参见周光关系）。用来做距离指标的变星种类主要有造父变星(I 型与Ⅱ 型）与天琴座RR型变星。
测定变星的光谱类别后，由周光图可以直接读出它的光度（绝对星等）。由变星的视星等和绝对星，利用距离模数公式，
mV - MV = -5 + log10d
即可定出变星的距离。目前发现，最远的造父变星 在M 100，距离我们约17 Mpc。
测距适用范围：～17 Mpc。 平均每年可以观测到数十颗外星系的超新星。大部份的超新星（I 型与Ⅱ 型） 的最大亮度多很相近，天文学家常假设它们一样，并以它们做为大距离的指标。
以造父变星校准超新星的距离，以找出I 型与Ⅱ 型星分别的平均最大亮度。由超新星的光度曲线 ，可以决定它的归类。对新发现的超新星，把最大视亮度（mV) 与理论最大绝对亮度（MV) 带入距离模数公式，即可找出超新星的距离。
Ⅱ 型超新星受外层物质的干扰，平均亮度的不确定性较高，I 型超新星较适合做为距离指标。
测距适用范围：> 1000 Mpc。 漩涡星系的氢21 公分线，因星系自转而有杜卜勒加宽。由谱线加宽的程度，可以找出谱线的位移量Δλ，并求出星系的漩涡臂在视线方向的速度Vr，
Δλ/λo = Vr/c = Vsin i/c
i 为观测者视线与星系盘面法线的夹，由此可以推出漩涡星系的旋转速率。Tulley 与Fisher 发现，漩涡星系的光度与自转速率成正比，现在称为Tulley-Fisher 关系。
量漩涡星系的旋转速率，可以知道漩涡星系的光度，用距离模数公式，就可以找出漩涡星系的距离。Tulley-Fisher 关系找出的距离，大致与I 型超新星同级，可互为对照。
注：现常观测红外线区谱线，以避免吸收。
测距适用范围：> 100 Mpc。 几乎所有星系相对于本银河系都是远离的，其远离的径向速度可用多普勒效应来测量星系的红位移 ，进而找出星系远离的速度。
1929年Edwin Hubble得到远离径向速度与星系距离的关系
哈勃定律
Vr = H*d
其中
Vr = 星系的径向远离速度
H = 哈勃常数=87 km/(sec*Mpc)
d = 星系与地球的距离以Mpc 为单位。
哈柏定律是一个很重要的距离指标，量得星系的远离速度，透过哈柏定律可以知道星系的距离。
例：
室女群（Vigro cluster) 的径向远离速度为 Vr =1180 km/sec， 室女群与地球的距离为 d = Vr/H = 1180/70 = 16.8 Mpc。
测距适用范围：宇宙边缘。 红超巨星
假设各星系最亮的红超巨星绝对亮度都是MV = -8 ，受解析极限的限制，适用范围与光谱视差法相同。测距适用范围：～7Mpc。
新星
假设各星系最亮的新星，绝对亮度都是MV = -8。测距适用范围：～20 Mpc。
HⅡ 区
假设其他星系最亮的HⅡ区之大小，和本银河系相当。（定H Ⅱ区的边界困难，不准度很高） 行星状星云
假设星系行星状星云，光度分布的峰值在MV = - 4.48。测距适用范围：～30 Mpc。
球状星团
假设星系周围的球状星团，光度分布的峰值在MV = - 6.5。测距适用范围：～50 Mpc。
Faber-Jackson 关系、D-σ关系
Faber-Jackson 关系与Tulley-Fisher 关系类似，适用于椭圆星系。Faber-Jackson 关系：椭圆星系边缘速率分布宽度σ的四次方与星系的光度成正比。
D-σ关系：椭圆星系边缘速率分布宽度σ与星系的大小D 成正比。测距适用范围：> 100 Mpc。
星系
假设其他更远的星系团，与室女星系团中最亮的星系都具有相同的光度MV = -22.83。测距适用范围：～4,000 Mpc。

‘伍’ 观测星星有哪些方法

观测星星的整体运动而不仅仅是一条光线。假如，一颗行星在一平面内运行，在引力周围的中心恒星的移动将会引起星球在几年之内向观测者靠近或远离。这将会使恒星的闪烁频率有微小而可测的变化，但其作用甚微，木星引起太阳以每秒12米的径向速度前进或后退，从而产生了小于千万分之3的光线频率的变化。尽管大多数研究星球径向速度的方法只能精确到每秒几百米，但是有些研究者已找到更精确的系统来观测行星。

加拿大维多利亚大学的布鲁斯?坎贝尔和他的同事最近使用莫纳壳西死火山上的3.6米长的加拿大和法国联合研制的夏威夷式的望远镜完成了一项历时7年的研究工作。他们在望远镜信号束中用氰氟化物打开了一个洞，用以标定这颗恒星的光谱。包括德克萨斯大学的麦克唐纳天文台在内的许多研究小组也使用了同样的技术，不同的是，麦克唐纳天文台使用碘胞作为标定光谱的标准。尽管这些研究进行了7年，但至今仍未发现任何行星，他们本应能够在观测的恒星周围发现巨大的行星。

到现在为止这些计划尚无一成功，这使人们认识到想要找到木星大小的一颗行星都是如此艰难，而要找到地球大小的行星更是难上加难。据安吉尔来看，甚至是用改良的光学仪器从地球上来探测地球大小的行星也是不大可能的。因此，大概需要把观测点移到太空中，即使在太空中观测也并非易事。就算可以成功地避开地球大气层的影响，要找到地球大小的行星的清楚影像，需要有2倍于哈勃太空间望远镜大小和10倍光滑度的空间望远镜，这将耗资昂贵，并且在若干年内很难制成。

一个耗资较少的探测地球大小的行星的频率的计划，1994年由加利福尼亚国家航天和航空局埃姆斯研究中心的比尔?布鲁克作为该局“探索”计划的一部分提出。这个计划主要是监测类太阳恒星的明亮度以便研究行星经过它们时引起的变化，效果同样是很不明显的。当地球在太阳前经过时，太阳的亮度只会减少0.01%，但这种变化会持续几个小时，并在一个固定的时间内每年发生1次。这就使得研究小组有可能把这种情况与耀斑或恒星黑子引起的恒星亮度的随意变化相区别。布鲁克说3次这样重复出现的情况就可以证明1个类似地球的行星的存在，并且研究者也可预测下次的通过时间。

只要观测者大体上与恒星的行星运行轨道平面平行，小行星接近恒星就可探测到。但从几何学角度来考虑这种可能性只有1%左右，既然没有办法事先知道从哪些星星着手研究，最好的办法就是同时观测大批的恒星，寄希望于能够找到存在正确平面的行星和恒星，并捕捉到那些正要经过恒星的行星。这种观测办法需要连续不停的监测，并且最好在太空中进行，在那里没有阳光或坏天气的干扰。

布鲁克的研究小组将使用一个视角为10０的1米广角的天文望远镜，并配备一组有极高灵敏度的探测仪。这个望远镜将被安置在卫星上与卫星一道进入运行轨道。研究小组选择的观测方向包括类似我们的太阳的5000颗星星。

1995年早些时候，一个由100多个重要人物组成的审查委员会评价说，布鲁克研究小组的计划是唯一可行的探寻类似地球行星的方法。但仍有人怀疑它的实施是否可把费用控制在“探索”计划的财政预算之内，即每个小组不超过1.5亿美元。两个相对独立的专门小组正在对研究小组进行评估，并决定1996年它是否可以归入“探索”计划。

由于类地的行星较小的质量以及对恒星较小的影响，用天体测量学的方法探寻类地的行星就需要精确到1/10微秒的仪器，只有用干涉仪才能达到此效果。从相隔一定距离的两台望远镜发出的光束被混合在一起，去模拟一台带有与两台望远镜间距一样大的镜片的独立望远镜拥有的分辨率。

在位于帕萨迪纳的国家航空和航天局的喷气推进器实验室，米歇尔?绍和他的同事们正在建造红外式干涉仪，可使其用于高精度的天体测量仪中。他们想要探测最多40光年远的天王星和海王星大小的太阳系外行星，正在建造的干涉仪是由两个相距100米的40厘米望远镜组成的。

国家航天和航空局同时正在夏威夷的莫纳克亚死火山上，安装使用了两个类似的10米直径的凯克天文望远镜用于行星研究。一种方法是在主体望远镜周围搭一些小的“分支”望远镜，并与主体部分中一个望远镜平行，构成多种组成部分的干涉仪，米歇尔相信依靠如此高精度的仪器的帮助，寻找大小介于地球与海王星之间的行星应该是可能的。

用天体测量学的方法探测类地行星的最后步骤是具有挑战性的。类似于来自恒星黑子的影响的复杂因素可能会造成很难排除的错误。即使一个天体测量计划最终成功了，我们依然无法知道所寻找的行星是否能够居住。一个由巴黎大学的艾伦?莱热领导进行的达尔文探测计划，将使用以太空为基地的干涉仪寻找生命存在的信号。这部干涉仪是由1～2米为直径、10～30米间距的两个或多个红外线望远镜组成的。

达尔文探测计划的仪器由于许多原因将会观察到红外光谱。首先，恒星与行星之间红外线的对比度比可视光线要大，这是因为类太阳恒星带有高达5100开尔芬的温度，主要在光谱的可视地区发射光线，而行星的温度只有100开尔芬或更少，散射的最大值都集中于红外线外侧，尽管恒星更大的体积和更高的温度使它在所有波长范围内都比行星亮，但在光谱红外线区，亮度的差别则小得多，故而行星更容易被辨别位置。在10微米的波长范围内，地球是太阳系内最亮的行星，尽管它比太阳要暗1000万倍。达尔文小组的干涉仪将会顺利安装好，这样不同的光束将会互相进行破坏性干扰甚至抵消，这使得探测类地行星发射出的微弱信号比较容易。

既然氧气在红外线区内存在易辨认的光谱线，行星的信号可在波长6～9微米的臭氧吸收带内探测到，在这个吸收带内类地行星与它的中心恒星相比较时显得相对明亮。臭氧层的出现预示着在下层的大气中含有大量的氧气，氧气具有很大电抗性，经常很快地移动出大气层中，它的出现预示氧气被生物放射物质所代替发生光能合成。

达尔文探测计划是欧洲航天局(ESA)考虑范围的两个行星探测计划之一。从现在开始到2000年，达尔文探测计划和其对手天体测量——GAIA计划将被进行更细致的研究和评估，最终其中之一会被选中作为欧洲航天局的“地平线2000长远太空”计划(GAIA)的中流砥柱。GAIA可以胜任探测行星的任务，而在技术上，富有挑战性的达尔文研究小组同样可以探测到生命的痕迹。

实际上，确定一颗遥远的行星的距离是所有任务中最艰巨的。甚至那些直接探测行星的方案，也只能看到一个光点。它需要以太空为基地的干涉仪，并配有间隔相当远的望远镜。这些工作用一架航天器是无法完成的，但米歇尔?绍相信不久就可能使用不同的航天器作为这架巨大的干涉仪的部件。他设想将3艘宇宙飞船发射进入太阳系轨道中，排列成边长为1000公里的等边三角形，两个是望远镜，第三个作为光束混合和分析的导航台。研究人员可利用激光对3艘宇宙飞船的距离进行极其精确的测量，这样光束可以正确地混合在一起。这个计划将构成太阳系外行星系统研究的最后一步，并将第一次具体描绘出太阳系外的行星世界。

这的确给我们描绘出一幅充满希望的未来的蓝图。

‘陆’ 如何测定行星到地球距离

9一般是用三角法，比如说地球在春分点和秋分点时分别观测一颗恒星对地球的角度，然后以公转轨道半径为基线，算出它距地球的距离。

对于较近的天体（500光年以内）采用三角法测距。
500－－10万光年的天体采用光度法确定距离。
10万光年以外天文学家找到了造父变星作为标准，可达5亿光年的范围。
更远的距离是用观测到的红移量，依据哈勃定理推算出来的。
不同的天体距离要有不同的方法，摘抄如下：
天体测量方法
2.2.2光谱在天文研究中的应用
人类一直想了解天体的物理、化学性状。这种愿望只有在光谱分析应用于天文后才成为可能并由此而导致了天体物理学的诞生和发展。通过光谱分析可以：(1)确定天体的化学组成；(2)确定恒星的温度；(3)确定恒星的压力；(4)测定恒星的磁场；(5)确定天体的视向速度和自转等等。
2.3天体距离的测定
人们总希望知道天体离我们有多远，天体距离的测量也一直是天文学家们的任务。不同远近的天体可以采不同的测量方法。随着科学技术的发展，测定天体距离的手段也越来越先进。由于天空的广袤无垠，所使用测量距离单位也特别。天文距离单位通常有天文单位(AU)、光年(ly)和秒差距(pc)三种。
2.3.1月球与地球的距离
月球是距离我们最近的天体，天文学家们想了很多的办法测量它的远近，但都没有得到满意的结果。科学的测量直到18世纪（1715年至1753年）才由法国天文学家拉卡伊(N.L.Lacaille)和他的学生拉朗德(Larand)用三角视差法得以实现。他们的结果是月球与地球之间的平均距离大约为地球半径的60倍，这与现代测定的数值（384401千米）很接近。
雷达技术诞生后，人们又用雷达测定月球距离。激光技术问世后，人们利用激光的方向性好，光束集中，单色性强等特点来测量月球的距离。测量精度可以达到厘米量级。
2.3.2太阳和行星的距离
地球绕太阳公转的轨道是椭圆，地球到太阳的距离是随时间不断变化的。通常所说的日地距离，是指地球轨道的半长轴，即为日地平均距离。天文学中把这个距离叫做一个“天文单位”(1AU)。1976年国际天文学联合会把一个天文单位的数值定为1.49597870×1011米，近似1.496亿千米。
太阳是一个炽热的气体球，测定太阳的距离不能像测定月球距离那样直接用三角视差法。早期测定太阳的距离是借助于离地球较近的火星或小行星。先用三角视差法测定火星或小行星的距离，再根据开普勒第三定律求太阳距离。1673年法国天文学家卡西尼(Dominique Cassini)首次利用火星大冲的机会测出了太阳的距离。
许多行星的距离也是由开普勒第三定律求得的，若以1AU为日地距离，“恒星年”为单位作为地球公转周期，便有：T2＝a3。若一个行星的公转周期被测出,就可以算出行星到太阳的距离。如水星的公转周期为0.241恒星年，则水星到太阳的距离为0.387天文单位(AU)。
2.2.3恒星的距离
由于恒星距离我们非常遥远，它们的距离测定非常困难。对不同远近的恒星，要用不同的方法测定。目前，已有很多种测定恒星距离的方法：
(1)三角视差法
河内天体的距离又称为视差，恒星对日地平均距离（a）的张角叫做恒星的三角视差(p)，则较近的恒星的距离D可表示为：
sinπ＝a/D
若π很小，π以角秒表示，且单位取秒差距(pc)，则有：D=1/π
用周年视差法测定恒星距离，有一定的局限性，因为恒星离我们愈远，π就愈小，实际观测中很难测定。三角视差是一切天体距离测量的基础，至今用这种方法测量了约10,000多颗恒星。
天文学上的距离单位除天文单位（AU）、秒差距(pc)外，还有光年(ly)，即光在真空中一年所走过的距离，相当94605亿千米。三种距离单位的关系是：
1秒差距(pc)＝206265天文单位(AU)＝3.26光年＝3.09×1013千米
1光年(1y)＝0.307秒差距(pc)＝63240天文单位(Au)＝0.95×1013千米(
（2)分光视差法
对于距离更遥远的恒星，比如距离超过110pc的恒星，由于周年视差非常小，无法用三角视差法测出。于是，又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法。该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度，知道了光度（绝对星等M），由观测得到的视星等(m)就可以得到距离。
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光关系测距法
大质量的恒星，当演化到晚期时，会呈现出不稳定的脉动现象，形成脉动变星。在这些脉动变星中，有一类脉动周期非常规则，中文名叫造父。造父是中国古代的星官名称。仙王座δ星中有一颗名为造父一，它是一颗亮度会发生变化的“变星”。变星的光变原因很多。造父一属于脉动变星一类。当它的星体膨胀时就显得亮些，体积缩小时就显得暗些。造父一的这种亮度变化很有规律，它的变化周期是5天8小时46分38秒钟，称为“光变周期”。在恒星世界里，凡跟造父一有相同变化的变星，统称“造父变星”。

‘柒’ 天文学家探测行星的方法有哪些

1、天体测量法天体测量法是搜寻系外行星最早期的方法。这个方法是精确地测量恒星在天空的位置及观察那个位置如何随着时间变动。如果恒星有一颗行星，则行星的重力将令恒星在一条微小的圆形轨道上移动。这样一来，恒星和行星围绕着它们共同的质心旋转（二体问题）。由于恒星的质量比行星大得多，它的运行轨道比行星小得多。
2、视向速度法
和天体测量法相似，视向速度法同样利用了恒星在行星重力作用下在一条微小圆形轨道上移动这个事实，但是目标是测量恒星向着地球或离开地球的运动速度。根据多普勒效应，恒星的视向速度可以从恒星光谱线的移动推导出来。
3、脉冲星计时法
脉冲星是超新星爆炸后留下来超高密度的中子星。随着自转，脉冲星发出极为有规律的电磁波脉冲，因此脉冲的轻微异常能显示脉冲星的移动。和其它星体一样，脉冲星亦会受其行星影响而运动，故此计算其脉冲变动便可估计其行星的性质。
4、凌日法
运用以上的方法可以估计系外行星的质量，而凌日法则可估计行星直径。当行星行经其母星和地球之间（即凌），则从地球可视的母星光度便会轻微下降。光度下降的程度和母星及行星的大小相关，例如在HD 209458光度便会下降1.7%。
5、重力微透镜法
重力微透镜是重力透镜现象的一种，是星体引力场导致远处另一星体的光线路径改变而造成类似透镜的放大效应，这现象只会当两个星体和地球几乎成一直线才会出现。因为地球和星体的相对位置不断改变，这种透镜事件只会维持数天至数周。在过去十年，已观测到超过一千次重力微透镜现象。
6、恒星盘法
很多恒星都被尘埃组成的恒星盘包围，这些尘埃吸收了恒星的光再放出红外线，因此可以被观测。即使尘埃的总质量还不及地球，它们的总表面积仍足反映到可观测的红外线。哈伯太空望远镜可以通过其近红外线摄影机和多物体光谱仪观测这些尘埃，而史匹哲太空望远镜可以接收更广阔的红外线光谱以得到更佳的影象。在太阳系附近的恒星之中，已有超过15%被发现有尘埃盘。
7、直接摄影
因为行星相比于其母星都是非常暗淡的，所以一般都会被母星的光掩盖，故此要直接发现系外行星几乎是不可能的。但在一些特殊情况，现代的望远镜亦可以直接得到系外行星的影象，例如行星体积特别大（明显地大于木星），与母星有一段较大距离，以及较为年轻（故此温度较高而放出强烈的红外线）。

‘捌’ 天体测量学的简介

确定天体的位置及其变化，首先要研究天体投影在天球上的坐标的表示方式、坐标之间的关系和各种坐标修正，这是球面天文学的内容。天体的位置和运动的测定属于方位天文学的内容，是天体测量学的基础。
天体测量依观测所用的技术方法和发展顺序，可以分为基本的、照相的、射电的和空间的四种。把已经精确测定位置的天体作为天球上各个区域的标记，选定坐标轴的指向，就可以在天球上确定一个基本参考坐标系，用它来研究天体（包括地球和人造天体）在空间的位置和运动。这种参考坐标系，通常用基本星表或综合星表来体现。
以天体作为参考坐标，测定地面点在地球上的坐标，是实用天文学的课题，用于大地测量、地面定位和导航。地球自转的微小变化，都会使天球上和地球上的坐标系的关系复杂化。
为了提供所需的修正值，建立了时间服务和极移服务。地球自转与地壳运动的研究又发展成为天文地球动力学，它是天体测量学与地学各有关分支之间的边缘学科。天体测量学的这些任务是相互联系，相互促进的。

‘玖’ 天体测量的天体测量-发展历史

古时候人们为了辨别方向、确定时间，创造出日晷和圭表来。古代天文学家为了测定星星的方位和运动，又设计制造了许多天体测量的仪器。通过对星空的观察，将星空划分成许多不同的星座，并编制了星表。通过对天体的测量和研究形成了早期的天文学。直到十六世纪中叶，哥白尼提出了日心体系学说，从只是单纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，发展成寻求造成这种运动力学机制的天体力学。
到18世纪末，人们已经掌握越来越多有关恒星的知识，但有一个很重要的问题还留着空白，那就是恒星究竟有多远？19世纪30年代，终于由德天文学家贝塞耳（1784—1846年）等人找到了答案。
贝塞耳是个杰出的观测人才，他是天体测量学的奠基者，在测量恒星的距离上表现更为突出。
他采用视差的方法来测量恒星距离。这就需要选择一颗比较近的合适的星作为观测对象。贝塞耳所选择的是天鹅座61号星，这是颗肉眼刚能看到的不太亮的星，它的自行比较大，说明它很可能是颗距离比较近的星。另外，天鹅座61号星的赤纬比较高，一年中的大部分时间里都可以对它进行观测。
对这颗恒星的位置进行观测和测量，是从1834年9月开始的，由于后来插进来了好几件工作，如研究柏林天文台摆钟钟摆的长度，迎接1835年哈雷彗星回归和进行观测，测量和计算纬度1°的弧长等，对天鹅座61号星视差的测量中断了一段时间。大量观测工作是在1837—1838年间做的。经过归算，贝塞耳把这颗星的周年视差定为0〃．3136，约相当于10．3光年。天鹅座61号星的视差为0〃．294，相当于11光年强，比贝塞耳得出的数值大了不到1光年，可以说他的测量达到了非常精确的程度。天鹅座61号星是个双星系统，组成双星的两颗子星互相绕着公共重心运动，贝塞耳很不容易地确定了这一点，这是主要的，他给出的两子星绕转周期为540多年，这比测定的700年周期小了一些。
就在贝塞耳测量天鹅座61号星的距离的前后，另外两颗亮星的距离也被测定出来，一颗是南天的半人马座α星，中名南门二，是由英国天文学家在南非测定的；另一颗是天琴座的织女星，是由俄国天文学家在爱沙尼亚测定的。这三人中，贝塞耳第一个公布了自己的测量结果，赢得了最早测定恒星距离的光荣。
1844年，贝塞耳发现大犬座α星（天狼星）和小犬座α星（南河三）的自行显得有些不规则，他断言这是因为它们各有颗暗伴星的缘故。他是正确的，这两颗暗伴星都是白矮星，后来分别在1862年和1892年被发现。贝塞耳也对天王星的运动作了探索和研究，他完全有可能成为给出海王星位置的第一位天文学家，遗憾的是，先是他的助手去世，接着他自己也病倒了，1846年在柯尼斯堡与世长辞。
贝塞耳在数学、天文学方面的贡献很多。他测定过木星的质量，在日食和彗星理论上有建树，在地球形状理论方面的成就是提出了贝塞耳地球椭球体。他不仅重新订正了《布拉得雷星表》，还编制了到9等星为止的、包括75000多颗星的基本星表，这就是由后人加以扩充、出版的着名《波恩巡天星表》。
对贝塞耳的最恰当的评论来自奥伯斯，他称赞对天鹅座61号星的测量是“把我们对宇宙的概念放在可靠的基础之上”，并说他自己对科学发展所作的最大贡献是识别和推荐了具有非凡才干的贝塞耳。第1552号小行星被命名为“贝塞耳”小行星，这是对贝塞耳的最好纪念。

‘拾’ 天体测量学的与天体力学关系

天所谓经典天文学是指天体测量学和天体力学。天体测量学主要是研究和测量天
体的位置和运动的，它是天文学中最先发展起来的一个分支，可以说，早期天文学的内容就是天体测量学。天体力学是研究天体运动和形状的科学，它是在天体测量学的基础上发展起来的。开普勒提出的行星运动三定律，为天体力学的建立创造了条件。牛顿提出的万有引力定律则奠定了天体力学的基础。18世纪天文学的主流是为了制定历法和航海的需要而进行的精密的子午线观测、月球运动的观测和日地距离的测定等，所以天体测量学占主导地位。但在18世纪末，天体力学取得了与天体测量学并肩的地位。
无线电信号对天体表面进行测量的原理图
天体力学与天体测量学一向是密切配合的，依靠观测太阳、月球、大行星和小行星的大量资料和天体力学的研究方法，总结出太阳系天体（特别是地球和月球）的运动理论。它不但为太阳系演化的研究提供素材，而且是测定天文时间与导航工作的重要依据。在航天时代，天体测量技术的提高与天体力学方法的改进，更是相辅相成，互相推动。例如，研究人造卫星和宇宙飞行器的轨道，研究地球和月球运动的细节，都需要天体力学与天体测量学的配合。对恒星的位置、自行和视差观测所得到的恒星的空间分布和运动状态的资料，是研究天体物理学，特别是研究恒星天文所需的基本资料。对银河系结构、星团和星协动力学演化、双星系统和特殊恒星的研究及宇宙学的研究，都需要依据大量的天体测量资料，这就对天体测量学提出更高的要求。
随着科学技术的发展，探空火箭、人造卫星和探测器的相继发射，突破了地球大气与磁场这两道屏障，赋于天文学以崭新的生命力。气象卫星、测量卫星、地球资源卫星等等从环绕地球的轨道上，居高临下仔细观测地球，使我们对地球的认识大大前进了一步。千百年来，我们对太阳系中的其他天体只能从远处凭跳，可望而不可及。现在，我们既能发射探测月球和各行星的卫星，并已把探测器降落到几个行星表面，直接收集第一手材料。随着观测设备和手段的不断进步，观测的波段也由单一的光学观测发展到全波段观测，使X射线天文学、γ射线天文学、红外天文学和紫外天文学等新的研究领域争放异彩。在空间技术高度发展的21世纪，天文观测研究已由地面观测进入空间时代。