2023届高考地理三轮复习讲义太阳周日视运动

太阳周日视运动天球天空呈球形，这是有目共睹的。

众星列宿布满天空，对于这些极其遥远的天体，人眼无法辨别它们的相对远近，好像是等距的。

它们同观测者的关系，如同球面上的点同球心的关系。

既然天空看起来像个球面，人们就把广漠的宇宙当作球体看待，并把天体在天空中的视位置，当作它们的真实位置。

这对于那些无需考虑距离因素，如对时间、纬度的测定来说，带来极大的便利。

这样一个假想的球体，叫做天球。

天空的昼夜旋转说明，天球不但存在于地平之上，而且还有一半隐入地平之下。

人们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空，又被叫做天穹。

〔天穹有别于天球。

天球是整球，天穹是半球；天球是圆的，而天穹是扁的。

“天似穹庐，笼盖四野〞，我们日常所见的蔚蓝色的天空，其实是包围地球的大气层，沿地平方向，好像距离很遥远；沿天顶方向，距离较近。

〕天文上在定义天球时，规定了两个条件：一，天球的球心是观测者或地心；其次，天球的半径是任意的。

它包涵一切，不管天体如何遥远，总可以在天球上有它的投影。

这样，既成认天体事实上的距离悬殊；又可以利用天球上的视位置对于地球的等距性。

概括地说，天球就是以地心为球心，以任意远为半径的一个假想的球体〔图1—1〕，天文学用作表示天体视运动的帮助工具。

图1－1 天球示意图天球的半径是任意的，全部天体，不管多远，都可以在天球上有它们的投影以上所说是地心天球。

在说明地球或行星公转的时候，人们也使用以太阳中心为球心的天球，叫日心天球。

通常所说的天球，皆指地心天球。

天球上的位置为了确定一个地点在地球上的位置，人们设置地理坐标系；同理，为了确定天体在天球上的位置，需要设置天球坐标系。

地理坐标系和天球坐标系，都是球面坐标系。

在天文学上，依据不同的需要，使用不同的天球坐标系。

各种天球坐标系，有不同的特点。

但是，它们都有球面坐标系的共同特点。

这些特点是：——球面坐标系都有一个根本大圆，称为基圈。

例如，在地理坐标系中，赤道就是它的基圈。

——基圈上都有一个原点。

原点的择取是以通过它的辅圈为标志的。

辅圈就是通过基圈的两极、因而垂直于基圈的全部大圆。

在地理坐标系中，它们就是经线。

通过原点的辅圈，叫做始圈。

例如，地理坐标系中的始圈，就是本初子午线。

——球面上任一点相对于基圈的方向和角距离，用纬度表示，是点的纵坐标。

例如，地理坐标系的纵坐标叫地理纬度。

某地纬度就是该地的地球半径〔该地与地心的连线〕与赤道平面的夹角。

〔我们把地球看着是正球体，下同〕就是一个线面角。

图1－2图1－2 纬度示意图——球面上任一点所在的辅圈平面相对于始圈平面的方向和角距离，用经度表示，是点的横坐标。

例如，地理坐标系的横坐标叫地理经度。

某地经度就是该地的经线平面与本初子午线平面之间的夹角。

〔二面角〕图1－3 经度示意图图1－4第一赤道坐标系与地理坐标系的关系图中半径较小的表示地球，半径大的表示天球。

这里只用到地平坐标系和第一赤道坐标系，所以只考虑它与地球坐标系的关系。

如图1－4所示，AC所在大圆为赤道，纬度为0°，赤道所在平面在天球上截得的痕迹就是第一赤道坐标系的基圈——天赤道〔A’C’〕，赤纬为0°。

由于纬度是线面角，赤纬也一样为线面角，如B地的纬度与B’赤纬的度数是一样的〔B’可看做是B地与地心的连线的延长线与天球的焦点〕只不过一个在天球上，一个在地球上。

同样，地球上某经线圈确定的平面在天球上截得的痕迹就是第一赤道坐标系的辅圈，即赤经圈。

设A经度为0°，所在经线就是本初子午线，为地理坐标系的始圈，但第一赤道坐标系和地理坐标系有差异，是以午圈为始圈，经度称时角，是天体赤经圈相对于午圈的方向和角距离，赤经圈便改称时圈，采纳时间单位表示〔按15度1小时〕。

〔午圈随后说明〕地轴与地球的交点为北极和南极，地轴的延长与天球的交点为天北极和天南极。

所以，在第一赤道坐标系中的方位和地理坐标系是全都的。

太阳周日视运动首先，太阳的中心、太阳光的直射点、地心三点一线〔这是显而易见的不作证明〕那么，我们可以这样理解，太阳在天球上的位置就是直射点与地心所在直线与天球外表的交点。

在地球上的观测者看起来，整个天球像是在围围着我们旋转。

这种视运动是地球自转的反映。

地球绕地轴由西向东自转。

这种运动是人类感官无法直接感觉到的，人们所感觉到的，却是地外的天空，包括全部日月星辰，概无例外地以相反的方向〔向西〕和相同的周期〔1日〕运动。

这种视运动被叫做天球周日运动。

在一天中，地球的自转角速度与公转角速度相比，公转的角度可忽视不计〔在一天中，我们很难发觉，地球在公转〕所以我们认为，在一天中，地球和太阳在空间中的位置不变，这样，直射点的纬度不变，那么太阳在天球上的赤纬不变，而地球在快速的自转向东，那么，直射点不停的沿着该纬线往西运动，那么，太阳在天球上也沿着某纬线向西运动。

所以有，运动轨迹所在平面与赤道平面平行；太阳的赤纬就是直射点纬度〔图18中∠LFM就是直射点纬度〕。

当然地球究竟在公转，为了便利，我们可以理解为其次天又在另一条纬线上向西运动(图1－5)，〔准确的太阳周日视运动的轨迹应当是螺旋型的(图1－6)〕, 在北半球看起来，天球的周日绕转中心是天北极。

图1－5 太阳周日视运动抱负图图1－6 参加公转后的太阳周日视运动轨迹在图1－4中，假如太阳直射B地所在纬线，那么太阳的周日视运动轨迹就是B’所在纬线〔天球上〕。

假如太阳直射A地所在纬线，即赤道，那么太阳的周日视运动轨迹就是A’所在纬线〔天球上〕。

地球上某地的人们看到的太阳周日运动轨迹首先引入地平圈：地平圈是通过地心，且垂直于当地铅垂线的平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。

它把天球分成可见和不行见两局部。

上述天赤道是唯一的，地平圈那么因地而异；还应当留意，地平圈是天球的大圆，它属于天球，而不属于地球。

〔地平圈其实就是某地的地平面〔过某地点垂直于该点与地心的连线的面〕延长后与天球的交线，由于天球就相当于宇宙，所以地球半径相对于天球半径而言，可以忽视不计，这就是我们说地平圈是通过地心的大圆的缘由。

我们说，地轴恒指向北极星四周，其实缘由和这一样，地球到太阳的距离相对于地球到这颗恒星的距离而言，可以忽视不计，就相当于地球在在原地不停的自转，当然地轴指向不变了，当然，由于地轴进动，地轴指向是在发生周期性变化的，不累述〕当我们站在某地，地心与该地的连线无限延长就与天球有交点，地面以上的叫天顶，如图14，假设你站在A地，A’就是该地的天顶，假设你站在B地，B’就是该地的天顶，所以天顶和地平圈都因地而异。

图1－7 地平圈与第一赤道坐标系的关系天顶与地心的连线与天赤道的夹角就该地的纬度〔图1－7〕，图1－8，中∠KFM等于当地纬度；天顶也是方位的分界点；某地的经线圈与地平圈相交就是该地的正南和正北〔南北两极地平圈各方都是南或北方〕〔图1－7、图1－8〕，NMS就是一个经线圈，所以在地平面上，N在正北方，S为正南方，以天顶为界〔图1－8〕。

那么，该地经线平面与天球的交线就是该天球的午圈，所以午圈因地而异。

天赤道与地平圈都为大圆，必相互平分〔当在南北极两地时，天赤道与该地的地平圈重合〕，必有两个交点，两交点就是该地的正东和正西方向〔这一点理解有难度，证明如下。

在图18中，EW为天赤道平面与地平圈平面的交线，过地心F点。

F为全部大圆的公共点，∵KF⊥地平圈平面，∴KF⊥EF，又∵QF⊥天赤道平面，∴QF⊥EF∴EF〔即EW〕⊥NKS经线圈平面，∴EW⊥NS, 得证：E为正东方，W为正西方。

〕两点说明，对于第一赤道坐标系，天赤道分出南北半球；对于地平坐标系而言，天顶分出东南西北方位。

图1－8 太阳周日视运动天赤道有一半在地平圈之上，有一半在下方。

北半球的地方，天赤道在地面以上的局部偏向南方，如图18就是太阳直射北纬20多度时45°N左右的太阳周日运动轨迹。

南半球的地方，天赤道在地面以上的局部偏向北方。

〔观看图17就可得出这个结论〕。

关于昼夜长短的问题我们知道，昼夜长短与经度有关，经度标注在经线上，经线连接南北两极，天球上也是如此。

如图18所示当天，该地太阳运动到R位置时，当地时间为6：00，但方位在东北方，运动到D位置时，当地18：00，太阳方位为西北方。

所以这一天，昼长大于12个小时。

天球是一个球体，太阳视运动的轨迹在天球上长度是有差异的，就如地球上纬线有长短，但都是一圈，只有角速度才相等是一回事。

图19 太阳直射北半球时赤道上看到的视运动如图19，当地纬度为0，所以天赤道与地平圈垂直，所以视运动轨迹与地平圈垂直平分，所以赤道昼长总是为12h。

〔这就是我们说的直升直落。

只有太阳直射赤道时，视运动轨迹才与天赤道重合，这时，太阳才正东升起，正西落下。

但仍旧被地平圈平分，昼长仍旧是12h〕图110太阳直射北半球时极点地区上看到的视运动天赤道与地平圈重合图111 太阳直射南半球时极点地区上看到的视运动天赤道与地平圈重合总结：画太阳周日视运动图的要点：1、画出地平圈、子午圈、标出地理方位〔ESWN〕、天顶与地心连线2、依据半球位置和当地纬度画出天赤道3、依据直射点纬度画出太阳运动轨迹〔与天赤道平面平行〕4、画出太阳运动方向所以画周日视运动图只需要知道，观测点纬度和太阳直射点纬度。