国家授时中心的天然卫星观测与轨道研究 乔荣川 2014-08-07 昆明

Background 人类自1610年伽利略发现木星的四颗卫星以来，就开始了对天然卫 星的观测。以后不断发现新的卫星，这种发现至今还在继续。 一个古老学科的复兴 人类自1610年伽利略发现木星的四颗卫星以来，就开始了对天然卫 星的观测。以后不断发现新的卫星，这种发现至今还在继续。 1892年E.E.Barnard用Lick天文台折射望远镜（36”）发现木卫五是 人类最后一次由目视发现卫星。 1898年Picking发现土卫九是人类第一次开始由照相观测发现卫星。 早在19世纪的后半期，Newcomb就清楚的指出研究天然卫星运动的重 要性：任何历表的改进必然包含着天文常数、行星质量的重要讨论 。Newcomb以及俄国的Struve父子等著名天文学家都对天然卫星的观 测和分析作了大量出色的工作，把天然卫星的研究推向高峰。 1874—1928年被认为是天然卫星观测和轨道研究的全盛时期。 上世纪30年代以后，天然卫星的观测和研究相对较为沉寂。 直到上世纪60年代末，行星际航行时代开始，才又引起人们对天然 卫星观测和研究的兴趣。

1970年第14次IAU大会上第20 commission （小行星、彗星和天然卫 星）在工作报告中写道：鉴于已经开始和计划进行火星和木星空间飞 船的发射，我们应该注意改进行星天然卫星的轨道，特别是对接近主 星的卫星。这样的改进应该基于大量高精度的观测。不幸，只有少数 的观测者贡献他们的精力于这一领域。 1973年第15次IAU，第20 委员会作出决议：（3）委员会提请注意： 大多数天然卫星的星历表都是基于很久以前所作的观测。改进星历表 的努力，为缺乏新的观测而受到阻碍，委员会认为：很快将需要这些 天体高精度的星历表。特别是在飞船探测外行星星际空间时代的开始 时。委员会敦促：适时合理的望远镜时间用于天然卫星的观测，对改 进星历表是有益的（此决议也为commission 4赞同）。 1977年在美国Austin举行了“天然卫星和人造卫星国际讨论会”上的 报告中写道：“在过去的十年里，我们已经看到一个对天然卫星观测 兴趣的复兴，这个新的兴趣是由若干因素引起的，现代大多数卫星轨 道的知识都是基于至少20年到50年前的观测，而发射空间飞船到行星 的计划要求建立到达卫星的途径，因而需要改进的星历表，此外，对 行星系（即我们的太阳系）的起源和演化也促使我们对几个卫星系兴 趣的增加，因为它们能被看作为小的行星系。”

0 THE HISTORY OF OUR RESEARCH 1985 Initiated the research； 1986 Photography observing； 1988 Taylor-Shen Theory； 1994 Small field CCD, “brighter moon calibration”； 2002 Big field CCD, More objects extended； 2005 Numerical integration of the eight major satellites of Saturn； 2011 Updated Phoebe’s orbit； 2012 Digitization of the Plates； 2013 A revised Neptune pole model；Updated Triton’s orbit； 2013 Rebuilding small telescope.

0 THE HISTORY OF OUR RESEARCH 1985 Initiated the research； 1986 Photography observing； 1988 Taylor-Shen Theory； 1994 Small field CCD, “brighter moon calibration”； 2002 Big field CCD, More objects extended； 2005 Numerical integration of the eight major satellites of Saturn； 2011 Updated Phoebe’s orbit； 2012 Digitization of the Plates； 2013 Present a revised Neptune pole model； 2013 Rebuilding small telescope.

OBSERVATION

1 CCD OBSERVATION OF SATURN’S SATELLITES （1--8） 1 The eight major satellites’ position 1994-1996 451 frames published in Astron. Astrophys. Suppl. ser in 1999. 1997-2000 1167 frames published in Astronomy &Astrophysics in 2004.

Included in a new catalogue of observations of the eight major satellites of Saturn

Our observation of Saturn’s eight major satellites included in COSS08

Positions of satellites using in Cassini

…… SATURN’S SATELLITES 2 The 9th satellite -----Phoebe (16.5m) 2003-2004 115 frames published in A&A in 2006. 2005-2008 1173 frames published in MNRAS in 2011.

Phoebe position compared with JPL、IMCCE、SHN ephemeris 2003-2004 a）2003-2004 115 positions for Phoebe （sheshan） Phoebe position compared with JPL、IMCCE、SHN ephemeris 2003-2004 Compared our results with Veiga et al. (2000)、Fienga et al.(2002) and Peng et al.(2004)

b） 2005-2008 1173 positions for Phoebe （sheshan、xinglong）

2 OBSERVATION OF URANIAN SATELLITES 1995-1997 864 frames published in A&A in 2002. 1998-2007 2576 frames published in MNRAS in 2013

------ URANIAN SATELLITES （2013 mnras）

3 OBSERVATION OF NEPTUNE’S SATELLITES 1 Triton-----1st satellite 1996-2006 943 frames published in MNRAS in 2007. 2007-2009 1095 frames published in MNRAS in 2014.

a1） 1996-2006 943 frames （40 mas）

A2） Using in JPL’s orbit improvement of Neptune

A2） 数量最多 精度最高 ↙

b) 2007-2009 1095 frames

…… NEPTUNE’S SATELLITES 2 Nereid -----2nd satellite (19.2m) 2006-2007 112 frames published in MNRAS in 2008.

Nereid -----2nd satellite (faint, difficulte)

OUR OBSERVATIONS collected by the NSDC of IMCCE

ORBIT UPDATE

1 ORBIT OF THE EIGHT MAJOR SATELLITES OF SATURN Taylor-Shen theory: Four famous orbit theories of the eight major satellites of Saturn: Taylor & Shen (1988) Dourneau (1993), Duriez & Vienne (1997) Harper & Taylor (1999) Validate TASS theory Calculation the Iapetus orbit elements variation in last 200 years. Improve the necessity and advantage of TASS theory.

2 Phoebe’s motion theory The 12th order R-K-N numerical integration method We used 12th-order –Runger –Kutta-Nystrom formula numerical integration to obtain an adequate fit to the 100 years observations, in order to improve the orbit of Phoebe and update the new determination of the mass of Saturn Distribution for the observations on Phoebe orbit projected on the Earth’s mean equator J2000

3 UPDATE ORBIT OF PHOEBE

4 ORBIT OF TRITON A revised Neptune pole model was presented . （data 1/3）

5 Web Ephemerides

DIGITIZATION AND POSITION MEASUREMENT YNAO 1 meter telescop in 1988, Satrun’s satelites

…… DIGITIZATION The residuals and standard deviations of the residuals (O-C) about the αcosδ and δ of Saturnian satellites(1~8) on May 11th 1988

…… DIGITIZATION The comparison of measured precision between digitized and historical results

Awards: CAS Prize for Natural Sciences : second clsaa prize Shaanxi province Scientific and Technical Awards : third class prize

Aemand More observiting time of 2m telescope for faint satellites, Phoebe and Nereid Planets in opposition About 3-5 days Share the observing night

致 谢 衷心感谢上海天文台佘山观测站，国家天 文台兴隆观测站，云南天文台一米镜和高美古 观测站，以及国家自然科学基金委对本课题组 研究工作的大力支持。