一、天体测量学的定义与内涵

天体测量学是天文学中最先发展的分支之一，主要任务是研究和测定天体位置和运动，建立基本参考坐标系及确定地面点坐标，涵盖球面天文学等多个领域。

天体测量学包括球面天文学、方位天文学、实用天文学、天文地球动力学等多个方面。它通过对天体投影在天球上的坐标进行研究，在天球上确定基本参考坐标系，以此来测定天体的位置和运动。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，还可以测定地面点在地球上的坐标，这是实用天文学的课题，在大地测量、地面定位和导航等方面发挥着重要作用。

地球自转的微小变化会使天球上和地球上的坐标系关系复杂化。为了解决这个问题，天体测量学建立了时间服务和极移服务。同时，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相互联系、相互促进。

例如，现代的天体测量学建立在白塞耳的基本星表上，该星表以布拉德雷在西元 1750 至 1762 年间的测量为基础，提供了 3222 颗恒星的平均位置。贝塞尔作为天体测量学的奠基人，重新订正了《布拉德莱星表》，并加上了岁差和章动以及光行差的改正；他编制了包括比九等星更亮的 75000 多颗恒星的基本星表，后来由他的继承人阿格兰德扩充成著名的《波恩巡天星表》。

二、天体测量学的发展历程

（一）古代起源

在人类文化的萌芽时代，天体测量学便开始发展。远古时期，人们为了指示方向、确定时间和季节，先后创造出日晷和圭表。通过对星空的观测，古人划分了不同的星座，并编制了星表。

这些早期的观测活动既为历法的制定奠定了基础，又确认了地球的自转和公转在天球上的反映，逐渐形成了古代的宇宙观。可以说，早期天文学的主要内容就是天体测量学。

（二）西方发展

西方天体测量学的发展有着悠久的历史。依巴谷编辑了第一本星表，列出了肉眼可见的恒星并发明了至今仍在用的视星等尺标。然而，他错误地坚持地心说，阻碍了日心说的发展。

直到十六世纪中叶，哥白尼提出日心体系学说，天体测量学从单纯描述天体位置、运动，发展成寻求造成这种运动力学机制的天体力学。

现代天体测量学建立在白塞耳的基本星表上，以布拉德雷在西元 1750 至 1762 年间的测量为基础，提供了 3222 颗恒星的平均位置。贝塞尔作为天体测量学的奠基人，重新订正了《布拉德莱星表》，加上岁差和章动以及光行差的改正，还编制了包括比九等星更亮的 75000 多颗恒星的基本星表，后被继承人阿格兰德扩充成著名的《波恩巡天星表》。

（三）现代变革

自 1980 年代起，超高灵敏的电荷耦合器件（CCD）在天文观测中得到广泛应用，为天体测量带来了革命性的变化。美国海军天文台的 UCAC 系列天体测量巡天项目引领了这一新浪潮，在近红外领域，由马萨诸塞大学领导的 2MASS 红外天巡天观测，其发表星表的位置误差被天体测量人员校准到了测量能力的极限。

近些年，一些超大规模可见光或红外地基巡天也逐步开始部署和工作，如欧洲南方天文台的 VLT 巡天望远镜、VISTA 可见光和红外巡天望远镜和 Pan - STARRS 巡天望远镜等。欧洲空间局于 1989 年发射了依巴谷卫星，成为空间大角度天体测量的里程碑项目。

1997 年正式发表的依巴谷星表，包括了近 12 万颗恒星在 J1991.25 历元的高精度位置、视差、自行和测光数据。2013 年 12 月，欧洲空间局成功将第二代空间天体测量卫星 —— 盖亚发射到了日地 L2 点，经过近九年的大角度扫描巡天观测，Gaia 对天体位置和运动参数的最高测量精度已达 10 微角秒水平，其数据产品也将越来越精细和多元。

三、天体测量学的研究对象

天体测量学有着广泛而重要的研究对象。首先，天文学家利用天体测量的技术来追踪近地小行星。如今，科学家对成千上万的近地小行星的位置知之甚详，虽谈不上全部掌握、了如指掌，但一般稍有风吹草动，就会发布预警，制定应对计划。

例如，科学家通过多种仪器观测近地小行星，推算其运行轨迹，进行监测和风险评估。常用的监测近地小行星的手段包括使用射电天文方法，如以 65m 多波段射电望远镜可能达到的技术指标为基础，采用波束开关法检测强度约为 1mly 的近地小行星射电辐射，通过对有关联测资料的分析，确定小行星的方向、距离、速度和大小等参量。

同时，天体测量技术也被用于搜寻系外行星。目前系外行星侦测法有多种，如天体测量法是搜寻系外行星最早期的方法，精确地测量恒星在天空的位置及观察那个位置如何随时间变动，以确定行星的存在。

2002 年，哈伯太空望远镜首次成功以天体测量法发现 Gliese 876 的行星。此外还有视向速度法、脉冲星计时法、凌日法等。其中视向速度法是目前为止发现最多系外行星的方法，通过测量恒星向地球或离开地球的运动速度，根据多普勒效应推导出行星的存在。凌日法可以确定行星的半径，与径向速度法结合后能测出行星的密度。

天体测量学的测量结果还被用来修正天文物理学家在天体力学下建立的一些模型。基于测量得到的波煞速度，可能会导致超新星爆炸是非对称的结论。同样的，天体测量的结果也用于确认暗物质在星系内的分布状态。

例如，通过引力透镜效应，暗物质在宇宙微波背景温度波动的图形中留下印记，研究人员使用普朗克卫星对这种透镜的测量，结合红移大约为 4 的遥远星系分布的信息，绘制了遥远星系周围的暗物质分布。他们首次报告了使用高红移星系进行的宇宙学分析，对平均晕质量设置了限制，这个限制与莱曼断裂星系周围暗物质的典型丰度一致。研究人员还将 CMB 透镜和 LBG 位置互关联的信号与这些星体的星系 — 星系聚集相结合，通过参数 σ8 限制了物质在宇宙中扩散以及聚集的程度。

此外，意大利 Turin 大学的 Ammazzalorso、斯坦福大学的 Daniel 及其同事探测到了一种信号，可用来揭示暗物质的性质。他们将暗能量巡天与费米大面积望远镜的观测结果相比较，发现引力透镜位置与 γ 射线位置之间重要的互关联。虽然他们的数据表明，互关联主要来自另一类天体物理客体，但是部分来自暗物质的可能性依然存在。

四、天体测量学的研究方法

天体测量学主要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，从而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。

在古代，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。

例如，一种提高太阳系小天体的天体测量观测精度的方法被提出，包括选定观测目标、拍摄预设数量的图像、预处理、分割图像、对齐叠加、天体测量归算等步骤，能够获取较多高信噪比的背景恒星及较为理想的目标小天体图像，提升观测精度。

科技日报昆明 11 月 24 日电，中科院云南天文台研究人员针对地基光学望远镜开展近地小天体的天体测量观测所面临的难点，提出了一种图像融合方法。他们对所获得观测资料中的背景恒星和近地小天体图像进行分割，然后分别对分割图像进行位移叠加处理，按照观测时间进行图像融合。

融合后的图像不仅包含更多具有较高信噪比的背景参考星和较为理想的近地小天体图像，而且能够避免星像饱和，有利于得到更好的天体测量观测结果。利用新方法，对云南天文台 1 米望远镜观测得到的近地小天体图像数据进行天体测量归算，结果表明此方法可明显提升近地小天体的测量观测精度。

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。

如今，现代的天体测量学手段多样，如基于 CSST 的天体测量，CSST 的成像质量和观测深度为发展高精度天体测量提供了有利条件，将显著加深加密现有天球参考架，也为推动天体物理和天体测量科学研究提供了新的机遇。它可以建立深度天球参考架，开展双星 / 多星系统的证认及其轨道研究，进行天体测量相对论模型研究等。

天体观测方法也不断发展，可分为天体测量学、天体力学和实测天体物理学三个主要类别。观测技术涵盖整个电磁波谱范围，包括可见光、红外、射电、紫外、X 射线和 γ 射线等。除了传统的地面观测，还尝试了高空飞机、平流层气球等手段进行观测，现代技术更是利用探空火箭、人造卫星、空间飞行器和空间实验室等运载工具对天体进行更精确的观测。

五、天体测量学的应用领域

天体测量学在多个领域发挥着重要作用，为大地测量、定位导航、深空探测等提供高精度数据。

在大地测量方面，天体测量学通过确定天体的位置和运动，建立基本参考坐标系，为大地测量提供了准确的基准。例如，利用天体作为参考坐标，可以精确测定地面点在地球上的坐标，从而为地形测绘、工程建设等提供重要的数据支持。据统计，通过天体测量学的方法进行大地测量，其精度可以达到厘米级别甚至更高。

在定位导航领域，天体测量学同样具有重要价值。古代人们就通过观测天体来确定方向和位置，如今随着科技的发展，天体测量学在卫星导航系统中也发挥着关键作用。例如，全球定位系统（GPS）在确定位置时，会参考天体的位置信息进行校准，以提高定位的精度和可靠性。此外，天体测量学还可以为航海、航空等领域提供导航服务，确保交通工具在行驶过程中的安全和准确。

深空探测是天体测量学的另一个重要应用领域。在深空探测任务中，准确了解天体的位置和运动对于探测器的轨道设计和导航至关重要。例如，在火星探测任务中，科学家们需要通过天体测量学的方法精确确定火星的位置和运动轨迹，以便探测器能够准确地进入火星轨道并进行科学探测。同时，天体测量学还可以为探测太阳系外行星等深空探测任务提供重要的技术支持。

此外，天体测量学还在太阳系天体轨道和演化、银河系结构和运动学、宇宙学等基础研究领域发挥着重要作用。通过对天体位置和运动的精确测量，可以深入了解太阳系天体的轨道演化规律，揭示银河系的结构和运动特征，以及探索宇宙的起源和演化。例如，通过对恒星视差的测定，可以确定恒星与地球之间的距离，进而研究银河系的结构和大小。同时，天体测量学的成果还可以通过时间服务和历书编算等方式，为人们的日常生活和科学研究提供便利。

总之，天体测量学作为天文学的重要分支，在大地测量、定位导航、深空探测等多个领域都有着广泛的应用，为人类探索宇宙和认识自然提供了重要的技术支持和数据保障。

六、天体测量学的重要意义

天体测量学的诞生与发展并非偶然，而是适应了人类社会的实际需要，在国民经济、国防建设和人民生活中发挥着不可替代的作用，同时对天文学及多个学科的发展也至关重要。

在国民经济方面，天体测量学为大地测量提供了高精度的基准，使得地形测绘、工程建设等能够更加准确地进行。例如，在大型基础设施建设中，如桥梁、隧道等工程，精确的大地测量是确保工程质量和安全的关键。

天体测量学通过确定天体位置和运动，建立的参考坐标系为这些工程提供了可靠的测量基础，从而提高了工程建设的效率和精度。据相关数据显示，在一些重大工程中，利用天体测量学方法进行的大地测量，能够将误差控制在极小范围内，为工程的顺利进行提供了有力保障。

在国防建设领域，天体测量学同样具有重要意义。卫星导航系统是现代国防的重要组成部分，而天体测量学在其中发挥着关键作用。通过参考天体的位置信息，卫星导航系统能够更加准确地确定位置，为军事行动提供精确的导航服务。此外，天体测量学还可以为导弹发射、航天器飞行等提供重要的技术支持，确保国防安全。

对于人民生活而言，天体测量学的成果也带来了诸多便利。例如，时间服务和历书编算就是天体测量学的重要应用之一。“北京时间” 的确定就是基于天体测量学的成果，为人们的日常生活和工作提供了准确的时间标准。同时，天体测量学在天文学科普、旅游等方面也有着广泛的应用，让人们更好地了解宇宙的奥秘，丰富了人们的精神文化生活。

在天文学领域，天体测量学更是不可或缺。它是天文学研究的重要工具和基础学科，为探索天体形成的机制和演化创造了有利条件。通过测定天体的位置和运动，汇集成星图或星表，为其他天文学分支的研究提供了基础数据。

例如，在恒星研究中，天体测量学可以确定恒星的位置、运动和距离，为研究恒星的物理性质、演化过程等提供重要依据。同时，天体测量学还与其他学科相互关联、相互促进。如与地球物理学结合，衍生出天文地球动力学这一边缘学科，从全新的角度开展有关天文和地球物理相互关系的研究。

天体测量学的重要意义不仅体现在满足人类社会的实际需求上，还在于对天文学及多个学科的发展起到了关键的推动作用。它是人类探索宇宙、认识自然的重要手段，为人类的未来发展提供了无限的可能。