地球概论-天球坐标
天球坐标
指在同一时刻，星空因季节而不同。
星空运转的规律
•地球自转导致整个星空从东向西围 绕我们运转一周，恒星每小时自西向 东运行15°，每4分钟1°； •地球绕太阳的公转，每年365天转一 周（360°）每天约移动1°，这导致 恒星每天大约提前4分钟升出地平线， 或者过中天。
天底：观测者的脚底无限延伸
天球的视运动
对于地球观测者：天球围绕我们以与地 球自转相反的方向（向西），和相同的 周期（1日）旋转； 天球周日运动； 周日圈：天体周日运动行经的路线，天 体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。
1.
星空周日变化
指星空因时刻而不同。即星座的东升西 落。 2. 星空季节变化
地球上的方向
经线代表南北方向
北：沿经线指向北极
C A
N
南：沿ห้องสมุดไป่ตู้线指向南极
纬线代表东西方向
东：顺地球自转方向
•o
B
西：逆地球自转方向
S
天球的概念
天顶 天球：以地心为球心半径为任意的假想球体， 表示天体视运动的辅助工具
是整球和圆球； 分地心天球和日心天球。 天穹：地平以上的半个天球 是半球和扁球。
天底 地平圈
图1-7 天球示意图 天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天球上有它们的投影。
天 球
P7
地心：球心 任意远：半径 表示天体视运动
天体的周日运动
日月星辰以 日为周期在天 球上绕地球自 东向西运动的 现象
周 上中天
日 圈
下中天
天体过子午圈叫“中天” 天体周日视运动中，每天两次过中天 子午圈 位置最高（地平高度）叫上中天 地平圈 正北+正南 位置最低叫下中天 + 上中天 白天太阳高度最大时 天顶+天底 太阳正午时所处位置 天顶：观测者的头顶无限延伸
地球概论——地理坐标与天球坐标
经线都是大圆，纬度间隔大体相等：
❖ 1°约折合111km。
纬线是大小不等的圆
❖ 经度的间隔，随纬度增高而减小； ❖ 与纬度的余弦成反比。
图1-5 经度的间隔随纬度增大而减小
图1-6 在墨卡托投影图上的经纬线。经线互相平行，纬 线间隔由赤道向两极增大，以致格陵兰岛比南美洲还 大。
1、与诗句“坐地日行八万里，巡天遥 看一千河”最吻合的地点是：
89°S，90 °w 40 °N，80 °E 1 °S，10 °E 71 °N，180 °W
2、在下列地点中，符合东半球、北半 球、低纬度三个条件的是
0 °N，21 °W 26 °N，0 °E 17 °N，165 °E 15 °S，19 °W
3、在地球仪上，0 °经线与0 °纬线相比：
正好等长 纬线稍长 经线稍长 纬线是经线的一倍
❖ 垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆； ❖ 纬线相互平行，大小不等; ❖ 赤道(equator)：纬线中惟一的大圆， 将地球分为南北半球。
经线(meridian)
❖通过地轴的平面同地球相割 而成的圆；
❖经圈都是大圆，都在两极相 交，大小相同；
图1-1 经线和纬线 纬圈平面垂直于地轴,经圈平面都通过地轴
四、 天球上的方向和距离
❖方向：地球上方向的延伸；
❖东西方向：俯视天北极逆时 针方向为东；仰视天北极是顺 时针方向为向东。
❖距离：只有角距离。
图1-12 天球上的距离
第三节 天球坐标
球面坐标系 地平坐标系 第一赤道坐标系 第二赤道坐标系 黄道坐标系
图1-13球面坐标的一般模式 由基圈、始圈和终圈构成球面三角形
三、天球上的圆和点
❖ 三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；
地球概论(class)
地球概论复习资料第一章地理坐标与天球坐标第一节地理坐标1．经线1O为111.1km2．地理上有一个约定俗成的规矩：在读取和书写地理坐标时，总是纬度在先，经度在后；数字在线符号在后。
3．经线等于经圈的一半，纬线等同于纬圈。
第二节天球坐标1．天体周日运动行经的路线叫周日圈。
天体愈接近天极，其周日愈小；离极愈远，周日愈大。
这里要先提请注意：天体的周日圈，就是它所在的那条赤纬圈。
2．天球上有三个基本大圈：地平圈、天赤道、黄道1）地平圈的两极是天顶（Z）和天底（Z’）2）天赤道的两极是天北极（P）和天南极（P’）3）黄道的两极是黄北极（K）和黄南极（K’）4）天赤道与地平圈的两个交点是东点和西点。
东西南北四点是地平圈的正点。
5）地平圈对于天赤道的二个远距点是南点和北点。
6）天赤道对于地平圈的两个远距点是上点（Q）和下点（Q’）。
7）天赤道与黄道的交点称二分点（春分点，秋分点）8）子午圈的两极是东点和西点。
9）卯酉圈的两极是北点和南点。
10）六时圈的两极是上点和下点。
11）子午圈与地平圈的交点是北点和南点。
12）子午圈与天赤道的交点是上点和下点。
13）子午圈与卯酉圈的交点是天顶和天底。
14）子午圈和六时圈的交点是天北极和天南极。
3．在天外俯视天北极，天球周日运动（向西）是顺时针方向旋转；而在地球上仰视天北极，则天球周日运动（向西）呈逆时针方向旋转。
4．地平坐标系与第一赤道坐标系的联系：仰极高度=天顶赤纬=当地纬度。
5．基圈和始圈上的点，其纬度或经度为零；极点的纬度为900，经度则为任意第二章地球的宇宙环境第三节恒星和星系1．恒星都是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。
2．距离太阳系最近的恒星是半人马座α（中文名南门二），其距离是4.22光年。
距离地球最近的是太阳。
3．标准距离（10秒差距）下的恒星亮度称绝对亮度，其星等叫绝对星等。
1秒差距（1PC）=3.26光年4．赫罗图的一项应用，是求主序星的距离。
第二章 天球坐标
Z
通过地心且垂直
PN
于测者铅垂线的平 Q 面与天球截得的大 圆称测者真地平圈 (celestial horizon) 或地心真地平圈。 真地平圈上任意 一点距天顶或天底 的球面距离均为 90©。 真地平圈将天球 分为上天半球和下 天半球。
A
q
O
Pn
B
q′
★
D′
Ps
Q′ PS Z′
天球上的基本点、线、圈
Z Q
ZG
PN
从格林午圈起， 沿天赤道向西度量到 S 春分点时圈的弧距， 由0～360©计算。
GHA DecN
B
N
E
GHA
GHA＝GHA＋SHA
∵ LHA＝GHAª lE W
PS
SHA
∴ LHA＝GHA＋SHA ª lE W ＝LHA＋SHA
Z²
Q ²
地平坐标系
基准圈：真地平圈
几何极：天顶 原
A
q
O
Pn
Ps
q′
Q′ PS Z′
天球上的基本点、线、圈小结
1）天球 2）天轴和天极 3）天赤道 4）天体赤纬圈 5）天体时圈 6）天顶和天底 7）测者子午圈 8）测者午圈 9）测者子圈 10）测者真地平圈 11）仰极与俯极 12）方位基点（又称四方点） S 13）天体垂直圈（方位圈） 14）卯酉圈（东西圈） 15）格林天顶和格林天底 16）格林午圈 17）格林子圈 18）黄道 19）春分点
Q²
Z²
第一赤道坐标系
3．天体格林时角 (Greenwich Hour Angle，GHA)
Z Q
ZG
PN
格林午圈和天体时 圈在天赤道上所夹的 S 弧距称格林时角GHA。 量法 : 从格林午圈起沿 PS 天赤道向西量到天体 时圈，由 0 ～ 360©计 算。
地球概论复习资料
地球概论第一章地理坐标与天球坐标 经线和纬线一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的圆，都是纬线其中垂直于地轴，且通过地心的平面同地面相割而成的圆,叫赤道 一切通过地轴的平面同地面相割而成的圆，都是经圈经圈在南北两极相交,并被等分为两个半圆,这样的半圆叫经线，经线也叫子午线 其中通过英国伦敦格林尼治天文台的那条经线，叫本初子午线，即0度经线经度和纬度本地法线同赤道面的交角，就是所在地的纬度。
赤道以北叫北纬（N ），赤道以南叫南纬（S ），南北纬各从0度到90度经度是一种两面角，本地子午线平面和本初子午线平面的夹角即为本地经度。
本初子午线以东叫东经（E ），以西叫西经（W ），东西经各从0度到180度 纬度的间隔大体相同,每1度约为111km ；经度的间隔随纬度的增大而减小地理坐标一地的纬度，表示该地相对于赤道的南北位置；一地的经度，表示该地的子午面相对于本初子午面的东西位置，二 者相结合，标志一个地点在地面上的特定位置，被叫做这个地点的地理坐标 地理坐标系第二节天球坐标天球：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天文学用作表示天体视运动的辅助工具 天球周日运动：整个天球围绕我们旋转，这种视运动是地球自转的反映周日圈：天体周日运动行经的路线。
天体愈近天极，其周日圈愈小，离极愈远周日圈愈大太阳周年运动地平圈：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。
把天球分为可见和不可见两部分。
地平圈的两极是天顶位）和天底（2，） 天赤道：地球赤道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。
天赤道分天球为南北两半球，两极叫天北极（P ）和天南极（P’ ）黄道:地球公转的轨道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆.就是太阳周年运动的视行路线 黄道的两极是黄北极（山和黄南极（K'）天赤道与地平圈的两个交点是东点（E ）和西点（W ）。
地平圈对于天赤道的两个远距点是南点（S ）和北点（N ） 天赤道对于地平圈的两个远距点，一个在地平之上，称为上点（Q ），一个在地平之下，称为下点（Q’ ）黄道与天赤道成23度26分的交角（黄赤交角），它们的两个交点称为二分点,对北半球来说，按太阳周年运动方向, 黄道对于天赤道的升交点为春分点（），降交点为秋分点（）；黄道上的两个远距点称为二至点，北至点为夏至点一切与地平圈平行的圆,是地平纬圈（），南至点为冬至点（）天赤道对于黄道两个远距点，地平坐标系通过天顶、天底且垂直于地平圈的一切大圆，是地平经称为无名点大北场 松 元啊破海或平经圈通过南点和北点的平经圈，叫做子午圈，以天顶、天底为界分为子圈（北半圈）和午圈（南半圈）通过东点和西点的平经圈，叫做卯酉圈，以天顶、天底为界，分为卯圈（东半圈）和酉圈（西半圈） 基圈是地平圈，原点是南点，始圈是午圈地平纬度称高度,是天体相对于地平圈的方向和角距离，高度的余角为天顶距 基圈是天赤道，原点是上点，始圈是午圈 纬度称赤纬，经度称时角第二赤道坐标系基圈是天赤道，原点是春分点，始圈是春分圈纬度是赤纬，经度称赤经.天体的中天时刻，要按其赤经的次序而定，且中天恒星的赤经，即为当时的恒星时基圈是黄道，原点是春分点，始圈是无名圈（通过二分点的黄经圈）第一赤道坐标系地平经度称方位,是天体所在的地平经圈相对于午圈的方向和角距r$1-1-天体的地平坐标：高度印方他国1一18第一示遍也杯囊的可圈系却t - 19大达的第一立史冬家：赤西刊部曲黄道坐标系H 1-21天体的第一亦遗生保善莫和赤控纬度称黄纬，经度称黄经1-22黄道理桁系的原属亲鸵地平坐标系与第一赤道坐标系图I-久地¥坐际捉胃室•赤整坐振第_着都胃右一选地标系,u府相同的始in「但由于基m犷问.人奉的商史不洞于赤牌।方比不归「可:用.二者之叵削1-25伽椽高度前天:血赤烤।榔等于目地结鸵.，它淖现了地平坐标聚阡第一赤道坐林皋狗关系第二赤道坐标系与黄道坐标系国I-加第二小退坐岳东与黄道里你京―哥都抬必转坐睡买豆仃帽⑶的面埠-包信于让结的不㈣.天仲的赤■拜右国「鼓探，大词的承能不同于曲蛤.第一赤道坐标系与第二赤道坐标系如I-21弟一旅遒坐林系号第二赤道碓标不二省新;汉A市首为基■，因何工忱有柘何的赤培，吧都早为南艇至死焉〔时用n ［点问既度•），后者为左旋坐才第.1赤虻亡也分.如间太度贵）.因而天体的时雨不同亍除轻工忏何时爆，天浑我时博，:,：；呵比弗之去，总第二章地球的宇宙环境恒星的空间速度，分成两个分量，视向速度和切向速度前者沿观测者视线的分量,后者是同视向速度相垂直的分量,表现为恒星在天球上的位移，叫做自行亮度：恒星的亮度指地球上的受光强度，即恒星的明暗程度光度：表示恒星本身的发光程度表示天体亮度等级的叫视星等，记作m ；表示天体光度等级的叫绝对星等，记作M。
地球概论
主讲人：黄勇奇
黄冈师范学院 2010.09
地球概论 章节目录
第一章 地理坐标与天球坐标 第二章 地球的宇宙环境 第三章 地球的运动 第四章 地球运动的地理意义 第五章 地球和月球 第六章 地球的结构和物理性质
第一章 地理坐标与天球坐标
第一节 地理坐标
经线和纬线
一、 地球上的经线和纬线
地球
经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终面；
图1-4 经度和纬度 纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角； 经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。
经线都是大圆，纬度间隔大体相等： 1°约折合111km。 纬线是大小不等的圆 经度的间隔，随纬度增高而减小； 与纬度的余弦成反比。
是半球和扁球。
地平圈
天底
图1-7 天球示意图 天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天 球上有它们的投影。
日心天球
地心天球
天球的视运动 天球周日运动: 对于地球观测者,天球围 绕我们以与地球自转相 反的方向（向西），和 相同的周期（1日）旋转； 周日圈：天体周日运动 行经的路线，天体愈近 天极周日圈愈小，反之 亦然。
• 由于地球自转而随同整个天球的运动， 方向向西，日转一周； • 由于地球公转而相对于恒星的运动， 方向向东，年巡天一周。
图1-10 天球的视运动
左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东。
右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西。
天球上的圆和点
图1-11 天球大圆的交点和远距点
左:地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点(南、北、上、下)；
图1-13 天球上的距离
二、天球坐标 球坐标系的一般模式 以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形； 纵坐标即纬度；
《地球概论》第二节_天球和天球坐标系
[天球坐标作业]： 1．已知Φ=30 0Ν，写出下列各点的坐标。
S N Z Z′ P P′ Q Q′ h A δ t ２．写出二分二至点的赤经、赤纬值。
３．已知天顶赤经为Ｓ，写出Ｑ、Ｑ′、Ｅ、Ｗ的赤经。
４．已知织女星的赤经为 18 h 40 m，当织女星的时角是 10 h 15 m时，恒
星时是多少？
（１）球心为地心：天体在天球上的相对位置大体上同他们在天穹 上的位置一致。因为地球半径与无穷大相比被忽略了。
（２）半径为无穷大：所有的天体都在天球上有自己的投影。人们 可以把这种投影位置当作它们的真实位置。这种假想符合人类的直觉印 象。
事实上天球并不存在，人们能感觉到天球的原因基于两点： z 天体离我们太远，以至不能分辨其远近，似乎都位于天球内 表面上； z 天体之间的相对位置几乎保持不变，人们自然的想到它们镶 嵌在天球上并随之旋转。
β⊙ λ⊙
由于太阳的周年运动在黄道上进行β⊙＝００，故可用黄经
λ表示太阳在天球上的位置。
太阳系内的天体，基本上位于黄道面附近，故用黄经表示
它们的位置也是十分方便的。
二十四节气分别与固定的太阳黄经相对应：
春分
夏至
秋分
冬至
λ⊙＝００
λ⊙＝９００ λ⊙＝１８００ λ⊙＝２７００
[练习]：ε＝23026′，在太阳沿黄道 运行一周的时间内，δ⊙的变化范围 是多少？ [作业]：
第二节 天球坐标
教学目的：１．掌握天球上主要的圈和点。 ２．掌握各种天球坐标系统。 ３．明确各种天球坐标的区别及联系，会进行天球坐标的计算。
教学重点：１．有关天球坐标的概念。 ２．高度、赤纬、赤经、时角、黄经的意义及度量方法。
教学难点：天球坐标的联系。 课 时：7 课时。 教学过程： 一．天球
（完整版）天球坐标的讲解
（完整版）天球坐标的讲解第二节天球坐标一、地平坐标系二、时角坐标系三、赤道坐标系四、黄道坐标系观测与实习〔四〕辨认北极星，用简易方法测定地理纬度第二节天球坐标天球是人们为研究问题方便而假想的球体，虽然它不是真实存在着的球体，但是天空给予人们的布满天体的球体印象却是非常直观的。
像地表上有圆和点一样，天球上也有圆和点，而且天球上的圆也有大圆和小圆之分。
大圆是以球心为圆心的圆，也就是过球心的平面无限扩展与天球相割而成的圆；小圆则不是以球心为圆心的圆，所有小圆所在的平面，都不通过球心（如图2－10）。
任何一个大圆都有两个极点，极点到大圆上任何一点的角距离都是相等的，都是90°。
当然两个相对应的极点连线与其大圆是垂直的。
天球上也有方向，天球上的方向，是以地球自转为基础，是地球上的方向的延伸。
例如，和地球上经线相对应的南北方向，和地球上纬线相对应的东西方向。
在天球上，也有距离。
但是，只有角距离，而没有直线距离。
例如，织女星和牛郎星，相距为16.4光年，但是在天球上，只能看到它们之间相距约35°。
所以，天球上的距离，实际上是天体之间方向上的夹角，而不是其真实的直线距离。
有了地理坐标系，便可以确定地面上任一地点的位置。
为了确定和研究天体在天球上的位置和运动规律，人们规定了天球坐标系。
根据不同的用途，有不同的天球坐标系。
经常采用的天球坐标系有：地平坐标系、时角坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系。
不同的坐标系，具有各不相同的组成要素。
各种坐标系都是在各自的基本圈和基本点的基础上建立起来的。
因此，基本圈和基本点的确定，是建立天球坐标系最重要的内容，它决定着各种坐标系最本质的特征和不同的用途。
一、地平坐标系地平坐标系是一种最直观的天球坐标系，和我们日常的天文观测关系最为密切。
例如，在晴朗的傍晚，观测者经常可以看到人造卫星在群星间的运行，和大量的流星现象，它们的运行速度都很快，用什么方法能够快速、简便地记录下卫星或流星的位置呢？最简便的方法就是记下某瞬间该卫星或流星的地平经度（方位）和地平纬度（高度），这就是我们所要讨论的地平坐标系。
地球概论-第2节 天球坐标
图1-12 天球大圆的交点和远距点 P11
三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道； 大圆的极点： • • • 地平圈两极：天顶和天底； 天赤道的两极：天北极和天南极； 黄道的两极：黄北极和黄南极。
大圆的交点： • • 天赤道交地平圈：东点和西点； 黄道交天赤道：春分点和秋分点。 大圆的大距点：P11
子午圈和六时圈；
3、基本要点： ⑴基圈：天赤道；原点：上点； ⑵始圈：午圈(PP´ )；纬度：赤纬； ⑶经度：时角（经圈改称时圈）
图1-18 第一赤道坐标系的圆圈系统
自上点沿天赤道向西度量
（为使天体的时角“与时俱增 ”）。 ⑷极距
y
（分3次飞出）
第一赤道坐标系：赤纬和时角（也称时角坐标系) P15 1、用途：用于时间度量； (天球周日运动均匀) 2、圆圈系统：天赤道，
因为编者不是美术老师，画不出立体感 特别强的图片来，就靠学生自己想象吧。 图1-17 天体的地平坐标： 高度和方位 P14 有没有人提出弧线ES比 弧线WS短很多，但是， 它们是相等的？
y
地平经度称方位(A), 是天体所在的经圈相 对于午圈的角距离。 以南点为起点，沿着 地平圈向西度量。自 0°至360°。
y
黄道坐标系
1、用途：表示日月行星的位置及其运动；
2、圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点的 黄经圈）和二至圈； 3、基本要点：
⑴基圈：黄道；原点：春分点；
⑵始圈：无名圈；纬度：黄纬；
⑶经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为 使太阳的黄经“与日俱增”）。
y
图1-22 P18 黄道坐标系的圆圈 图1-23P18 天体的黄道坐标系： 系统。黄道上4个相距90°的点： 黄纬和黄经 二分点和二至点；得到无名圈 和二至圈。
2010年第三讲地球科学概论 天球和天球坐标
t
为时角，正午为0°， 上午为正，早6时为90°， 下午为负，晚6时为-90 °
八、季节与昼夜 （1）正午太阳高度
太阳高度角公式
正午，时角t为0， cost 1 以H表示正午的太阳高度角，则 也即 也就是
sin h sin sin cos cos cost
sin H sin sin cos cos sin H cos
昼长2t0为10小时44分 日出时刻：12-t0=12时-5时22分=6时38分 日没时刻：12+t0=12时+5时22分=17时22分 即5时22分
（3）季节与五带
季节形成的天文原因：地球绕日公转和地 轴与黄道面成66°34′的倾角，同时地轴 倾斜方向在空间始终不变
（3）季节与五带
天文季节
日常生活中，一天24小时。
地球自转的速度
自转的平均角速度为 7.292×10-5弧度／秒 赤道海面上的自转线速度为465米/秒
纬度 的地点，自转线速度为465cos 米/秒
自转线速度还有高度变化，高度越大，线速度 越大
地球自转速度的变化
20世纪初以后，天文学的一项重要发现是，确认地球自转 速度是不均匀的。人们已经发现的地球自转速度有以下3种 变化： ① 长期减慢。这种变化使日的长度在一个世纪内大约增长 1～2毫秒，使以地球自转周期为基准所计量的时间，2000 万年来累计慢了2个多小时。引起地球自转长期减慢的原因 主要是潮汐摩擦。科学家发现在三亿七千万年以前的泥盆 纪中期地球上大约一年400天左右。 ②周期性变化。20世纪50年代从天文测时的分析发现，地 球自转速度有季节性的周期变化，春天变慢，秋天变快， 此外还有半年周期的变化。周年变化的振幅约为20～25毫 秒，主要是由地球上水和大气的的季节性迁移引起的。 ③不规则变化。地球自转还存在着时快时慢的不规则变化。 其原因可能是由于地幔与地核之间的角动量变换，或海平 面和冰川的变化引起的，或由于风的作用引起 。
地球概论名词解释
地球概论名词解释地球概论2011-01-13 19:24:13 阅读33 评论0 字号：大中小订阅第一章地理坐标与天球坐标地球：太阳系九大行星之一。
人类居住的星球。
地轴：地球自转的轴线，和赤道平面相垂直。
南极，北极：地轴通过地心，同地面相交的两个交点经线：假定的沿地球表面连接南北两极而跟赤道垂直的线。
也叫子午线。
纬线：假定的沿地球表面跟赤道平行的线赤道：环绕地球表面，与地球南北两极距离相等的圆周线。
通过地心垂直于地球自转轴的平面称为“地球赤道面”。
地球赤道面将地球分为南北两个半球，是划分纬度的基准，赤道的纬度是零。
天球：为研究天体在天空中的位置及运动而引入的一个假想圆球。
尽管观测者离天体距离远近不一，但看上去，仿佛都散布在这个圆球的球面上。
天穹：人们所能接观测到的地平之上的半个球型的天空天球周日运动：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。
北极星: 天空北部的一颗亮星，距天球北极很近，差不多正对着地轴，从地球上看，它的位置几乎不变，可以靠它来辨别方向。
由于岁差，北极星并不是永远不变的某一颗星，现在是小熊座α星，到公元14，000年将是织女星。
周日圈：天体周日远动行径的路线太阳的周年运动：太阳以方向向东和周年(1年)，在群星间巡天一周。
黄道：太阳周年运动的视行路线。
地平圈：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可见两个部分。
地平圈的两极是天顶Z和天底Z＇）天赤道：地球赤道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。
（天赤道分天球为南北两半球。
它的两极叫天北极P和天南极P＇）黄道：地球公转的轨道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。
（它就是太阳周年运动的视行路线。
黄道的两极是黄北极K和黄南极K＇无名点：天赤道对于黄道的两个远距点，尚无正式定名。
关于天球坐标基圈：球面坐标系的基本大圈，辅圈：通过基圈的两极，因而垂直于基圈的所有大圆。
地球概论第二节天球和天球坐标系
第二节 天球坐标教学目的：１．掌握天球上主要的圈和点。
２．掌握各种天球坐标系统。
３．明确各种天球坐标的区别及联系，会进行天球坐标的计算。
教学重点：１．有关天球坐标的概念。
２．高度、赤纬、赤经、时角、黄经的意义及度量方法。
教学难点：天球坐标的联系。
课 时：7课时。
教学过程：一．天球人类对天空的直觉印象是：抬头看天，头顶最高；平视四野，天地相连。
天空像一个巨大的半球罩在地面上，这个半球被称为——天穹。
（一）天穹（Ｐ７）人们所能直接看到的地平以上的半个球形天空，称天穹。
由于天体的距离十分遥远，故尽管它们在距离上差别很大，但人眼并不能分辨它们的远近，被认为是等距的。
日月星辰仿佛都位于天穹内侧，并随之旋转。
从天穹的概念出发，人们设想在地球的另一侧同样有半个球面，天空作为球面不仅存在于地上，也存在于地下。
宇宙包括地球在内似乎是一个球体，这种假想的球体叫天球。
（二）天球１．概念（Ｐ７）２．特点（１）球心为地心：天体在天球上的相对位置大体上同他们在天穹上的位置一致。
因为地球半径与无穷大相比被忽略了。
（２）半径为无穷大：所有的天体都在天球上有自己的投影。
人们可以把这种投影位置当作它们的真实位置。
这种假想符合人类的直觉印象。
事实上天球并不存在，人们能感觉到天球的原因基于两点： z天体离我们太远，以至不能分辨其远近，似乎都位于天球内表面上；z天体之间的相对位置几乎保持不变，人们自然的想到它们镶嵌在天球上并随之旋转。
３．地心天球与日心天球地心天球：以地心为球心的天球。
通常所说的天球均为地心天球。
日心天球：以日心为球心的天球。
在讨论地球绕日公转时用日心天球。
（三）天球上的圈和点１．天赤道（１）天赤道：（Ｐ10）它将天球分为南北两半球。
（２）天轴：地轴无限延伸。
天北极Ｐ（３）天极：天轴与天球的交点２．地平圈 天南极Ｐ′（１）概念：（Ｐ10）某地地平面无限扩大与天球相交的大圆。
∵Ｒ<<∞∴可以认为地平面过地心可见天球地平圈将天球分为不可见天球（２）极：天顶Ｚ，天底Ｚ′铅垂线无限延伸与天球的交点。
地球概论课件-第二章 天体与天球坐标
2023年11月14日星期二
地球概论
44
❖ 6.天球上的方向和距离： ❖ 方向：地球上方向的延伸； ❖ 距离：只有角距离。 ❖ 在地球表面上，有角距离，也有线距离。但在天
球上，只有角距离而没有直线距离。天球上的角 距离是两个天体在天球内表面的投影点所在的劣 弧对应的球心角。即任何两点间的弧长，实际上 就是两个方向间的夹角。如下一页图
❖ 随着计算机与网络技术的普及和不断发展，电子 星图、天文软件的出现给天文爱好者开拓了一片 崭新的空间。
2023年11月14日星期二
地球概论
30
第三节 天球
天球 ☆
☆★
★
●
★
★
☆
☆
2023年11月14日星期二
地球概论
31
天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天 球上有它们的投影。
2023年11月14日星期二
地球概论
37
4.天球的视运动 ❖天体在天球上的周日运动图示
2023年11月14日星期二
地球概论
38
实际存在的地球 无限延伸
假想的天球
地理定位
天体定位及运动研究
地理坐标
天球坐标
图 1地球及地理坐标与天球及天球坐标联系示意图
2023年11月14日星期二
地球概论
39
❖ 5.天球上的基本圈和基本点
❖ 三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；
❖纵坐标即纬度； 极点
终圈
❖横坐标即经度。
始圈
介点
原点
❖2.常见的几种天球坐标
2023年11月14日星期二
地球概论
基圈
47
二、地平坐标系――高度和方位
天体的地平坐标：注意起始圈、起算点
天球坐标系知识
第一章地理坐标与天球坐标第一节地理坐标101经线和纬线§101—1地球上的经线和纬线地球的自转轴叫地轴。
地轴通过地心，它同地面相交的两个端点，是地球的两极，分别叫北极和南极。
纬线意即横线，经线则是竖线。
平面上的直线，到了球面上就成了弧线。
所以，纬线和经线都是地球上大大小小的圆。
在几何上,任何圆都代表一定的平面，因此，球面上的圆，都可以看作一定的平面同球面的截割线.纬线与经线的差异，在于各自平面同地轴的关系：前者垂直于地轴,后者则通过地轴。
纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴.一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的圆,都是纬线.所有纬线互相平行,大小不等。
其中，垂直于地轴，且通过地心的平面同地面相割而成的圆，是纬线中的唯一大圆，名叫赤道.赤道分地球为南北两半球,是地理坐标系的横轴.一切通过地轴（也必通过地心)的平面同地面相割而成的圆，都是经圈。
所有经圈都是大圆，因而有同样的大小。
它们都在南北两极相交,并被等分为二个半圆,这样的半圆叫经线。
其中,通过英国伦敦格林尼治天文台的那条经线,被公认为本初子午线，即0°经线.它是地理坐标系的纵轴。
经线和纬线处处相交.每一条经线通过所有的纬线；每一条纬线也通过所有的经线,而且相互垂直。
地球上每一地点，都可以看成特定的经线和纬线的交点，从而确定它们的地理位置.§101—2地球上的方向和距离地球上的方向，通常是指地平方向.地平圈上的东南西北四正点，代表地平方向的东南西北四正向。
我国古代用十二地支（子丑寅卯……戌亥）表示地平方向，其中的子午和卯酉，分别就是南北和东西向。
在地球上，经线就是南北线（故经线也叫子午线）.所有经线都相交于南北两极，向北就是向北极，向南就是向南极。
南北两极是世界的二个顶端,它们分别是南北方向的终点,同时又是二者的起点。
北极是向南的起点,那里的四面八方都朝南，没有别的方向；南极则是向北的起点,与北极情形相反。
因此，南北方向是有限方向,有其起始和终极。
《地球概论》第二节_天球和天球坐标系
S
经纬度
Q
[练习]：Ｐ21，第８题
ｈ、ｔ δ、α
（３）关系
ｈp＝δz＝φ ｈＱ＝δN =900 –φ ｈE、W＝δE、W＝00 ２．第二赤道坐标系与黄道坐标系
（１）相同点
原点：γ
经度度量方向：向东
（２）不同点
天赤道
春分圈
δ、α
基圈
始圈
经纬度
黄道
（３）关系 ε＝23026′
无名圈
β、λ
[练习]：Ｐ21，倒数第１题
度量：以春分点为原点，在天赤道上度量至天体所在的赤
经圈。
方向：向东为＋，向西为－。 取值：００——360０或０h——24 h
α午＝t＝S＝α☆＋t☆
〔练习〕Ｐ21 倒数第３题 ２．特点：稳定性
因原点γ独立于地球之外，不以观测地点和时间的变化 而变化，故α是稳定的。δ、α的稳定性，使本坐标系可用于 编制星表。
[天球坐标作业]： 1．已知Φ=30 0Ν，写出下列各点的坐标。
S N Z Z′ P P′ Q Q′ h A δ t ２．写出二分二至点的赤经、赤纬值。
３．已知天顶赤经为Ｓ，写出Ｑ、Ｑ′、Ｅ、Ｗ的赤经。
４．已知织女星的赤经为 18 h 40 m，当织女星的时角是 10 h 15 m时，恒
星时是多少？
人们所能直接看到的地平以上的半个球形天空，称天穹。 由于天体的距离十分遥远，故尽管它们在距离上差别很大，但人眼 并不能分辨它们的远近，被认为是等距的。日月星辰仿佛都位于天穹内 侧，并随之旋转。 从天穹的概念出发，人们设想在地球的另一侧同样有半个球面，天 空作为球面不仅存在于地上，也存在于地下。宇宙包括地球在内似乎是 一个球体，这种假想的球体叫天球。 （二）天球 １．概念（Ｐ７） ２．特点
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、天文学上如何定义天球？天球有哪些类型？
天球：以观测者为球心，任意远为半径的一个假想球体；所有天体在天体的位置都是其在天球内表面上的投影；
天球有地心天球和日心天球之分，地心天球用于表示天体视运动（无需考虑距离），日心天球用以说明地球或行星公转。
2、天球与天穹有什么不同？
天穹是天球在观测者所在地平面以上的部分。
3、什么是天球的周日视运动？
地球自转引起地心天球相对于观测者以1天（恒星日）为周期自东向西的视运动，称为天球的周日视运动；
4、何谓太阳周年运动？太阳如此明亮，如何知道其有周年运动（相对于恒星背景的移动）？太阳周年运动：太阳在地心天球上投影，随地球公转而在天球上以相同的方向（向东）和周期（回归年）在众星间的运动；
太阳周年运动可通过观测夜半中星的变化间接推出。
5、太阳周日运动与天球的周日运动有什么不同？
太阳周日运动方向向西，而太阳周年运动方向向东（每天向东59′），导致太阳周日运动（太阳日）与其他恒星的周日运动（恒星日）的周期不同，要延长约4分钟。
6、何谓地平圈？天顶与天底与地平圈有何关系？
地平圈：通过地心且垂直于当地铅垂线的平面，无限扩大后同天球相割而成的天体大圆；天顶与天底是地平圈的两个极点，到地平圈的角距最大，天顶即观测点头顶所对的点，天底即脚下所对之点。
7、何谓天赤道？天北极与天南极与天赤道有何关系？
天赤道：地球赤道平面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆；
天北极与天南极是天赤道的两个极点，到天赤道的角距最大，天北极即地球北极所对的点，天南极即地球南极所对之点。
8、何谓黄道？黄北极与黄南极与黄道有何关系？
黄道：地球公转轨道平面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆；也可理解为太阳在天球上的周年视运动轨迹；
黄北极与黄南极是黄道的两个极点，到黄道的角距最大，离天北极近的称黄北极，离天南极近的称黄南极。
9、何谓东点、西点、南点、北点和上点、下点？
东点、西点：地平圈与天赤道的交点；
南点、北点：地平圈相对于天赤道的两个远距点；
上点、下点：天赤道相对于地平圈的两个远距点；
10、何谓春分点、秋分点、夏至点、冬至点和无名点？
春分点：黄道与天赤道的交点之一，太阳沿黄道自南半天球运动到北半天球，又称长交点；秋分点：黄道与天赤道的交点之一，太阳沿黄道自北半天球运动到南半天球，又称降交点；夏至点、冬至点：黄道相对于天赤道的两个远距点；
无名点：天赤道相对于黄道的两个远距点；
11、如何为天球建立坐标系？何谓左旋坐标系和右旋坐标系？
横轴（基圈）：如地平圈、天赤道、黄道
纵轴（始圈）：过基圈上某一特定点（原点）的辅圈（垂直于基圈的大圆，且全部辅圈都相交点基圈的两个极点）
纵坐标（纬度）：球面任一点相对于基圈的方向和角距离
横坐标（经度）：球面任一点所在辅圈（终圈）平面相对于始圈平面的方向和角距离；
左旋坐标系：经度向东度量，即经度向东增大；与地球自转相联系；
右旋坐标系：经度向西度量，即经度向西增大；与地球公转相联系。
12、如何建立地平坐标系（纵横轴和原点分别是什么）？其纵横坐标称为什么？如何度量？为什么要这样度量？有什么用途？
横轴（基圈）：地平圈为横轴，平行于地平圈的圆为地平纬圈；
纵轴（始圈）：午圈为纵轴，南点为原点
地平经度：天体所在平经圈相对于午圈的方向和角距，称为方位；方位以南点为起点，沿地平圈向西度量，自0~360º；
地平纬度：天体相对于地平圈的方向和角距离，称为高度(h)；高度自地平圈沿天体所在平经圈向上或下度量，自0~±90º；高度的余角称为天顶距；
地平坐标系主要用于表示天体在天空中的方位与高度及其日变化，为使天体的方位“与时俱增”，故向西度量。
13、如何建立第一赤道坐标系（纵横轴和原点分别是什么）？其纵横坐标称为什么？如何度量？为什么要这样度量？有什么用途？
横轴（基圈）：天赤道为横轴，平行于天赤道的圆为赤纬圈；
纵轴（始圈）：午圈为纵轴，上点为原点
纵坐标（纬度）：天体相对于天赤道的方向和角距，称为赤纬；自天赤道起，沿天体所在赤经圈向南北度量，自0~±90º；赤纬的余角称为极距；
横坐标（经度）：天体所在赤经圈相对于午圈的方向和角距，称为时角；自上点开始向西度量。
时角坐标系主要用来度量时间，故其经度称为时角，且以时间表示，自0-24h；同时，天球自东向西，为使天体时角“与时俱增”，故向西度量。
14、第一赤道坐标系中的午圈与地平坐标系的午圈有什么不同？
第一赤道坐标系中的午圈上点为原点，两极为天北极与天南极；地平坐标系的午圈南点为原点，两极为天顶与天底。
15、如何建立第二赤道坐标系（纵横轴和原点分别是什么）？其纵横坐标称为什么？如何度量？为什么要这样度量？有什么用途？
横轴（基圈）：天赤道为横轴，平行于天赤道的圆为赤纬圈；
纵轴（始圈）：春分圈为纵轴，春分点为原点
纵坐标（纬度）：赤纬，与时角坐标系相同；
横坐标（经度）：天体所在赤经圈相对于春分圈的方向和角距，称为赤经；自春分点开始向东度量，自0-24h。
第二坐标系是地理坐标系的摹仿，用于定位，编制星表；因天球自东向西运动，天体中天的时刻西早东晚，为使天体按赤经从小到大依次中天，故赤经向东度量。
16、如何建立黄道坐标系（纵横轴和原点分别是什么）？其纵横坐标称为什么？如何度量？为什么要这样度量？有什么用途？
横轴（基圈）：黄道为横轴，平行于黄道的圆为黄纬圈；
纵轴（始圈）：过春分点的黄经圈为纵轴，春分点即为原点
纵坐标（纬度）：天体相对黄道的方向和角距，称为黄纬；自黄道起，沿天体所在黄经圈向南北度量，自0~±90º；
横坐标（经度）：天体所在黄经圈相对于春分点所在黄经圈的方向和角距，称为黄经；自春分点开始向东度量，自0- 360º。
黄道坐标系用于表示日月行星在星空间的位置和运动，太阳周年运动向东，为使太阳黄经
“与日俱增”，故黄经向东度量。
17、地平坐标系和第一赤道坐标系有什么区别？
地平坐标系与时角坐标系均以午圈为始圈，经度都向西度量；其区别主要在于基圈不同，地平坐标系是地平圈，而时角坐标系是天赤道。
地平圈与天赤道相交于东西二点，但两者之间的夹角却随观测者的纬度而定，纬度越高，夹角越小，到极点二者重合。
仰极高度=天顶赤纬=当地纬度
18、第二赤道坐标系和黄道坐标系有什么区别？
第二赤道坐标系与黄道坐标系有共同的原点，即春分点，经度都自春分点向东度量；两者之间的区别主要体现在基圈不同，两坐标系的基圈即天赤道与黄道之间存在一夹角，即黄赤交角；黄赤交角并非恒定不变，只是受日月行星引车摄动的影响变化较小而已。
19、第一赤道坐标系和第二赤道坐标系有什么区别？
两个赤道坐标系拥有相同的基圈；但原点不同，一个是上点，一个是春分点；且经度度量方向也不同，一个向西，一个向东。
上点相对于观测者是定点，但春分点却随天球周日运动而作巡天运动；春分点与上点之间的距离等于任意天体的时角和赤经之和，等于上点的赤经或春分点的时角；春分点的时角，称为恒星时。
→恒星时，即春分点的时角，等于上点的赤经，也等于任意天体的时角和赤经之和，或等于中天恒星的赤经。
S= t⊥=αQ=α★+t★=α★（中天）
S= α/+t/=太阳赤经+太阳时-12。