可实测任意方位和天顶距大气折射的光学望远镜原理样机的研制

传统天文观测中，因大气折射影响，通常回避天顶距大于75 的目标。然而，在空间目标监测领域，目标在大天顶距处也需要进行观测定位；在遥感卫星在对地面目标进行高精度观测定位时，也要考虑实时大气折射的影响；此外，获得各个方向大气折射的实测资料是开展大气折射理论研究的基础。因此，如何简单方便地获得任意方位和天顶距处的大气折射实测数据是一个值得开展的研究课题。本项目拟借鉴依巴谷卫星的双视场较差观测原理，在现有的20厘米光学望远镜入射光阑前，增加两块成固定夹角且可精密旋转的反射镜，将同一方位但天顶距相差60度的两个天区内的恒星成像在同一CCD上。基于星表计算两个天区内恒星间的弧长（无大气折射影响），结合CCD归算处理得到的恒星间的实测弧长，得到该方位大天顶距处的大气折射实测值。该设备结构简单，测量精度高，可满足相关领域，特别航天和国防领对任意方位大天顶距处空间目标的精密监测和定位的需求。

传统天文观测中，因天文大气折射影响，通常回避高度角低于15°的目标。然而，作为大气折射的完整理论研究，低高度角处甚至0高度角处的大气折射仍然是值得分析探究的。在空间目标监测领域，由于大多数低轨目标过境时间短且出现高度低，目标在大天顶距处也需要进行观测，此时也需要考虑大气折射的影响。在本项目中，我们借鉴依巴谷卫星的双视场较差观测原理，研制了一种全新的实测大气折射思路：在一台口径为20cm的光学望远镜入射光阑前，前置一个两反射面成固定夹角的反射器，可实现将角距相差60°的两个天区内的恒星同时成像在同一幅CCD图像上。由于现有大气折射理论公式在小天顶距处（小于30°）具有足够高的精度，因此在实测低仰角大气折射之前，可通过观测天顶附近的两个天区，精确确定反射器两反射面的实际夹角。然后，观测同一方位不同高度处的两个天区，基于星表计算两个视场中心间的理论弧长（无大气折射影响），并结合实测弧长，可以得到大天顶距处大气折射实测值。通过项目实施，我们完成一台双视场大气折射望远镜原理样机的研制，完成相关配套资料处理软件的研制，并在上海天文台安吉观测站开展了试验观测，实测得到天顶距78.8°的大气折射值为240.23″+/-0.26″，验证了利用双视场较差观测原理实测大气折射的可行性。本项目的研究成果为实测低仰角大气折射提供一套低成本、高效率的解决方案。