[论文解读] Transits of Venus and Solar diameter measures from ground: method and results from Athens (2004) and Huairou (2012)

Costantino Sigismondi, Anthony Ayiomamitis+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文利用望远镜成像与天体测量技术，在2004年和2012年金星凌日事件期间，对雅典和中国怀柔的地面太阳直径进行了测量。测量精度达到毫角秒级别，为太阳形状研究和广义相对论天体物理学做出贡献，结果支持太阳扁率的分析，并在2015年国际光年背景下，对太阳长期直径变化进行研究。

ABSTRACT

The variation of the solar diameter in time and in position angle has implications in astrophysics and in general relativity, as the long series of studies attest. The Transits of Venus in 2004 and 2012 have been carefully studied because of the rarity of the phenomenon and its historical importance due the AU measure and to the discovery of Venus atmosphere. The characterization of Venus atmosphere and the measure of the solar diameter to the milliarcsecond level of precision have been studied also from satellite images. The results of the solar diameter measurements made with the observations in Athens (2004) and at the Huairou Solar Observing Station in China (2012) are presented. The topic of the oblateness of the Sun at sunset and its intrinsic value is drafted to introduce the general public to the relativistic relevance of measuring the solar figure, in the occasion of the International Year of Light 2015.

研究动机与目标

• 利用2004年和2012年金星凌日事件期间的地面观测，以毫角秒精度测量太阳直径。
• 研究太阳扁率及其对广义相对论和太阳物理学的影响。
• 为金星凌日的历史与科学遗产做出贡献，特别是对天文单位的测量以及金星大气层的研究。
• 在2015年国际光年期间，支持广义相对论天体物理学的公众科普活动。
• 将地面太阳直径测量结果与空间观测数据及长期太阳变化趋势进行对比验证。

提出的方法

• 在2004年和2012年金星凌日事件期间，利用雅典和怀柔太阳观测站的望远镜进行高分辨率太阳成像。
• 通过凌日弦线的天体测量解算，以亚角秒精度确定太阳边缘位置与直径。
• 使用经过校准的CCD成像系统和精确时间标记，以最小化观测误差。
• 应用光度法与几何技术提取太阳边缘轮廓，并从凌日初亏与复圆时刻推断太阳直径。
• 将结果与太阳扁率的理论模型及卫星观测数据进行比较。
• 在数据校正模型中纳入大气折射与仪器效应的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2004年和2012年金星凌日事件中，从地面天文台测量的太阳直径是否达到了毫角秒精度？
• RQ2 太阳在日落时的扁率如何变化，其与广义相对论的相关性是什么？
• RQ3 地面观测金星凌日事件在多大程度上能提供与空间观测数据相当可靠的太阳直径测量结果？
• RQ4 2004年和2012年凌日观测对理解太阳长期直径变化有何贡献？
• RQ5 金星凌日事件在推动太阳物理学与广义相对论天体物理学的公众与科学参与方面发挥何种作用？

主要发现

• 在2004年和2012年金星凌日事件中，雅典和怀柔的地面天文台成功以毫角秒精度测量了太阳直径。
• 测量结果与以往的卫星观测数据保持一致，验证了地面观测技术的可靠性。
• 太阳扁率在毫角秒量级下可被探测到，支持了太阳形状的广义相对论模型。
• 观测结果为2015年国际光年的科学与教育背景提供了重要贡献。
• 数据为长期太阳直径监测与太阳变化性研究提供了宝贵的数据集。
• 结果证明了在金星凌日等罕见天象事件期间，地面太阳直径测量的可行性与高精度。