基于Gaia星表和天然卫星底片数字化的应用研究

The long-term observation and orbital theory research of the natural satellites has a very important basic research significance for the origin of the solar system and evolution, planetary physics and deep-space exploration. Most of the historical observations of natural satellites were obtained by photographic plates and early small FOV CCD. The old photographic plates were measured by artificial or semi-automatic method, the early FOV small CCD imaging observations were processed by the relative method in history. And the precision of these historical data were also limited by the accuracy and density of old catalog. Therefore, the historical observation data generally shows a large RES and affects the accuracy of the orbit improvement in the orbital theory research of the natural satellites. . This project will adopt the latest high-precision, high-density GAIA catalog, astronomical plates digital technology and study the new method of calculation. Then, we will re-calculate the historical data more than 100 years (Including photographic plate and early small FOV CCD observation) to improve the precision of the natural satellites observation. Meanwhile, these new calculation will be used to re-update the orbit of natural satellites with the observation published by the domestic and foreign counterparts in recent years. The implementation of the project will greatly promote the development of high precision observation and orbit theory of natural satellites in China, and provide some data support for the deep-space exploration.

长历元的天然卫星观测和轨道理论研究对太阳系起源与演化、行星物理及深空探测具有重要的基础性研究意义。天然卫星的历史观测主要包括照相底片和早期小视场CCD观测。历史上,底片数据是人工或半自动方法测算的，小视场CCD数据是相对测量的方法定位，同时两者的归算精度还受到历史星表精度和密度的影响。因此，在卫星运动理论研究中，历史观测位置普遍表现出较大的残差影响了轨道改进精度。.本项目计划基于最新的高精度高密度GAIA星表和天文底片数字化技术，研究历史观测资料重新归算的方法，完成天然卫星百余年历史观测资料（底片数字化图像和早期小视场CCD图像）的重新归算工作，提高天然卫星历史观测位置的精度。同时利用本项目所得的高精度、长历元的位置数据及国内外同行发表的观测位置对天然卫星进行轨道改进。该项目的实施将极大促进我国天然卫星的高精度观测及轨道理论研究的发展，也为国际上迅猛发展的深空探测提供一定的数据支持。

长历元的天然卫星观测和轨道理论研究对太阳系起源与演化、行星物理及深空探测具有重要的基础性研究意义。本项目对国内天文底片库近百年的29528张底片进行了检索，确定存在天然卫星清晰星象的底片有44张，使用上海天文台佘山底片库专业的天文底片数字化扫描仪获得了天然卫星底片的高精度数字化图像。本项目所使用的底片检索方法和软件不仅适用于天然卫星底片的查找，对于任意目标的天文底片检索均适用。针对天文底片数字化图像文件大、大行星晕影响卫星定位精度等特点，使用了图像分块处理、多项式拟合大行星光晕、图像增强等算法研制了天体测量软件，该软件不仅适用于天然卫星的天文底片观测数据，也适用于CCD观测数据的处理。基于最新的Gaia星表使用该软件对天然卫星观测数据进行了归算，获得了高精度的定位资料，提高了天然卫星历史观测数据的精度，而且部分定位资料是第一次获得并公开发表。结合本项目重新归算的海卫一定位数据和国内外同行发表的最新观测资料，采用数值分析的方法进行了海卫一的轨道改进。我们的轨道与Jacobson2009结果比较，在相对位置上，两者差别小于0.02角秒，为当前迅猛发展的深空探测提供了一定的理论支持。