天球与天球坐标系
天文观测的基础知识
天文观测的基础知识为了进行天文观测，就要学会认识星空，识别天体；因此，有关天体的坐标，天体的运动，天文观测所用的时间系统，星座与星图，以及星星的星等、颜色、光谱型等多方面的基础知识，都是我们开展天文观测活动时，必须首先了解的。
1.天球和天球坐标系进行天文观测首先要从找星、认星开始。
在茫茫的星空中，怎样去寻找我们想要观测的天体呢？这就必须知道天体在空中的“住址，”即它在天空的坐标。
这样的坐标是怎样建立起来的呢？这就要从天球说起。
（1）天球当我们仰望天空观察天体时，无论是太阳、月亮还是恒星、行星，它们好像都镶嵌在同一个半球的内壁上，而我们自己无论在地球上什么位置，都好像是处于这个半球的中心。
这是由于天体离我们太远了，我们在地球上无法觉察不同天体与我们之间距离的差异。
因此，为了研究天体的位置和运动，可以引入一个假想的以观测者为球心，以任意长为半径的球，称作天球。
由于地球在浩瀚的宇宙中可以看作是一个质点，地心也可以当作地球的中心，因此可以假想一个地心天球，它是以地心为中心、无穷远为半径的球。
有了天球，我们认识天体就方便了，因为不论天体离我们多么遥远，我们都可以把它们投影到天球上，并用它们在天球上的视位置来表示它们。
在天球上，两颗星之间的距离如同在球面上两点间的距离一样，用角度来表示，称为角距。
显然，角距与两颗星的真实距离是两回事：角距很小的两颗星实际距离可能十分遥远。
星体的角直径（简称角直上看去它所张的角来角直径也不是天体的如，月亮和太阳的视是1/2 度，但月亮的大简直可以忽略不计，离地球很近才看起来（2）天球坐标系大小一般用视径），即从地球表示。
同样，视真实大小。
例角直径大约都小与太阳相比只是由于月亮很大。
为了描述天体在天球上的视位置，就要在天球上建立起坐标系，称天球坐标系，就像我们为了描述地球上某一点的位置需要建立地球坐标系（如用地理纬度和地理经度表示）一样。
事实上，天球坐标系与地球坐标系的模式很相似。
天体基本参量及其测量方法
一、以小时表示的春分点的时 角t，在数值上等于任意天 体的时角t和赤经α之和。 即有： 赤道坐标系与时角坐标系
春分点时角t = 任意天 体（赤经α+时角t ）
进一步可以导出:
二、以小时表示的春分点时
角t在数值上等于当地地 方恒星时S。
5 、天球黄道坐标系(历表使用)
取黄道为基本圈， 黄极为基本极，春分 点γ为基本点，该坐 标系为天球黄道坐标 系； 天体在黄道坐标系 中的位置用：黄经 和黄伟β来表示； 天球黄道坐标系与 观测地无关；
天体的周年视差改正
地球绕太阳运动轨道 半长径a的张角。
周年视差π：天体对
周年视差示意图
周年视差π代表天体 距太阳系质心的距离 即到日心的距离。 （它是以天文单位AU 为单位的日心距离）
观测天体的位置经过周年视差改 正后，天体的地心位置转换到太阳 系质心(日心)坐标系的位置。
3 、天体的光行差现象
↓
赤道和分点改正
↓
原始星表(t)
↓
恒星自行系统改正
↓ →
↓
基本坐标系(T)
↓ ←
↓
精确测定岁差常数值
↓
天球惯性参考系( T。)
二 )、天球和天球坐标系
1、天球和天球上的基本点、圈 2、天球坐标系 3、天体观测位置的归算 4、天体位置历表的编制
1、天球和天球上的基本点、圈
天球：以任意点为圆 心，以任意长为半 经的球。 基本点和基本圈： 天顶和真地平圈、 天极和天赤道、 天子午圈和四方点、 天黄极、天黄道和 春分点 天球图
3 ）、岁差造成平春分点的运动
平春分点在日月岁差的影 响下，使得春分点沿着黄道 西退，速度Ψَ为50″.38/年 （实测值）。 行星岁差使得春分点沿着 平赤道朝着赤经减小方向运 动，其速度λَ为 0″.10553/年（理论值）。 平春分点在日月岁差和行 星岁差共同影响下，每年沿 黄道西退约50“.3/年。
天球和天球坐标系
§1 .1、 遨 游 星 空
1、星座：(constellation) 一种具有特征并容易记忆的恒星在天空投影的图案所
占天区。星座意思是“星星的座位”。
猎户座金牛座
。
为了认星方便，人 们用假想的线条将 亮星（几十颗）连 接起来，构成各种 各样的图形。
这些图形连同 它们所在的天空区 域，中国称之星官， 西方叫做星座。
S
O
B
A
地理坐标
1、地轴 2、地极 3、纬线和赤道 4、经线和本初子午线 5、经度 6、纬度 北京： φ ＝390 57, ; λ＝1160 19,
复习“地理坐标”
一、经线和纬线
1. 地理定位的需要 • 二线相交于一点 • 每一个地点都可看作特定的经线和纬线的
交点 2. 经线圈和纬线圈都是地面上的圆 • 大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为
疏散星团 球状星团
星系
§1 .2、 天球与天球坐标系
“天似穹庐，笼盖四野”
直观感觉：一切天体连同它们所在的天空， 都在同一球面上。
天球——球面天文学：研究天体在天球上 的位置、分布状况和运动。
天球
以任意点为球心，任意长为半径，为 研究天体的位置和运动而引进的一个 与人们直观感觉相符的假想圆球。
国际天文学联合会 1928年 ---八十八个星座
中国古代把可见天空分为
三垣四象二十八宿
早在上古时代，中国人 便开始观察天象变化，并将 星象的变化和人类的活动联 系起来。
为了便于辨认和记录， 古人将星空中若干相邻的恒 星组合在一起，用皇家政府 机构和官员命名，所以称为 星官，意思是天帝的官员。
星官中的星星少则一颗， 多则几十颗。
3. 经度：本地子午面相对本初子午面的东西方向和角距离。
天球坐标系
天球坐标系天球坐标系是天文学中一种重要的坐标系统，用于描述和定位天空中的天体位置。
在天球坐标系中，天球被假定为一个理想的巨大球面，天体的位置则通过球面上的坐标来表示。
这种坐标系在天文导航、天体定位和天文观测等方面有着广泛的应用。
天球和天球坐标系天球是一种天文学上用于描述天体位置的虚拟球面。
在天球坐标系中，天球被假设为一个无限大的球面，其中心位于地球的中心，球面上的任意点表示天空中的一个天体位置。
大多数天文学中的坐标系，如赤道坐标系、黄道坐标系和赤道坐标系，都是建立在天球上的。
天球坐标系的基本要素天球坐标系包括赤道坐标系、黄道坐标系和赤道坐标系等多种形式。
下面将介绍其中比较常见的赤道坐标系和黄道坐标系。
赤道坐标系赤道坐标系是以地球赤道为参考平面构建的坐标系，其基本要素包括赤经和赤纬。
赤经（Right Ascension）是从春分点开始沿赤道向东测量的角度，常用小时、分钟、秒（h、m、s）表示；赤纬（Declination）是从赤道向天顶测量的角度，用度数表示。
赤道坐标系适用于观测恒星、星系等远离太阳系的天体。
黄道坐标系黄道坐标系是以地球轨道平面为参考构建的坐标系，其基本要素包括黄经和黄纬。
黄经（Ecliptic Longitude）是从春分点开始沿黄道向东测量的角度，用度数表示；黄纬（Ecliptic Latitude）是从黄道向地平面测量的角度，也用度数表示。
黄道坐标系适用于观测太阳系内行星、彗星等天体。
天球坐标系的转换在天文观测和定位中，有时需要将天球坐标系转换为其他坐标系，例如地平坐标系、赤道坐标系等。
这种转换可以通过数学方法实现，通常需要考虑地球的自转、岁差、章动等因素。
天球坐标系的应用天球坐标系在天文学中有着广泛的应用，例如天体定位、天文导航、天文观测等方面。
通过天球坐标系，观测者可以准确地定位和描述天空中的天体位置，帮助天文学家研究宇宙结构、天体运动等现象。
结语天球坐标系是天文学中重要的坐标系统，用于描述天体在天球上的位置。
天球和天球坐标系
天球和天球坐标系在晴朗的夜晚，仰望天空，眼前像有一个半球形的夜幕天穹，上面点缀着无数闪烁改变的明星，感觉自己仿佛是处在这个天穹的中心，这就是人们对“天球”的印象，天文学家为了研究天体的位置和天体的运动引入了“天球“的概念和天球坐标。
天球和天球坐标系天球是一个假想的球，它是以观测都（或地心、日心）为中心，以无穷远为半径的球，所有天体都投影在这个球面上。
天球的轴是地球自转轴的延伸，叫天轴；天轴与天球有两个交点叫做天极，地球北极的延伸的点叫北天极′球南极延伸的那个点叫南天极。
天体在天球上的视位置，最方便是用球面坐标来表示，在天球上建立的球面坐标系叫天球坐标系。
天文中常用的天文坐标系有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系、银道坐标系。
1.地平坐标系地平系主要有两个参量：方位角A和地平高度H（或天顶距Z），如图：2.1所示。
观测者的头顶方向与天球相交的点叫天顶（Z点）。
从观测都脚底方向延伸与天球的交点叫天底。
垂直于天顶和天底连线并过天球中心的平面叫地平面。
它与天球相交于一个大圆，这个大圆叫地平圈，也叫真地平。
这个真地平是数学平面，它和眼睛看到的视地平有所区别。
在宽阔的海面上，因为地球是球形，视地平总是低于真地平。
与地平圈平行的小圆叫地平纬圈，与地平圈垂直的大圆叫地平经圈。
从北点沿地平圈顺时钟方向量度叫地平方位角，记做A。
天体δ的地平高度，是从地平圈沿着地平经圈向上量度，记作地平高度h 天体没着地平经圈天顶Z的圆弧叫这个天体的天顶距Z。
由图可以看出天顶距Z与天体的高度h 的关系为Z＝90。
－h。
所以，地平坐标系中，地平高度h参量也可以用天顶距z代替，两者之和等于90。
通过北天极p和天顶z的大圆叫天球子午圈，它和真地平相交于N点和S点。
靠近北天极的叫北点，和它相对的另一点是南点。
在地平圈上沿顺时针量度，离南、北点各90。
的点分别叫东点（E）和西点（W）。
通过天顶、东点、天底和西点的大圆ZEZ’W叫卯酉圈。
天体通过子午圈叫“中天”，天体每天有两次中天，位置达到最高的叫上中天，位置达到最低叫下中天。
第2讲 天球及其天球坐标系
西北师大附中天文台学习资料届班姓名---------------------------------------------------------------------------------第2讲天球及其天球坐标系一、天球1、概念以观测者为中心，以任意长为半径的假想的球，称为天球。
2、天体在天球上的投影3、天球的周日视运动4、天球上的基本圈和基本点二、天球坐标系1、地平坐标系：基圈：地平圈原点：南点经度称方位（A）纬度称高度（h）2、时角坐标系：基圈：天赤道原点：上点Q经度称时角（t）纬度称赤纬（δ）3、赤经赤纬坐标系：基圈：天赤道原点：春分点经度称赤经纬度称赤纬4、黄道坐标系：基圈：黄道原点：春分点经度称黄经纬度称黄纬座标法座标法就是用望远镜的赤经度盘和赤纬度盘（用游标）对准天体的座标值，就可以在镜中看到该天体，如果不在视场中心，可用微调来调整。
星星在天球上的位置，通常是用赤道座标来标明它的位置的。
这可以在许多书刊或当年的“天文年历”上找到。
有了星体的座标，还不能用望远镜上的赤经赤纬刻度盘来确定它的位置，因为望远镜的赤经度盘是按时角座标系来分划的。
时角刻度是由南点顺时针方向由0"到24"（或0º—360º）来刻划的。
也有的产品，时角刻度是从南点分别向二个方向，各刻划0"±12"（或0º—±180º），并规定向西为正、向东为负。
在上中天时，天体的时角是0"（0º），在下中天时为12"（或180º），时间和角度的关系是1h=15º，1m=15´，1s=15"（h，m和s分别表示时间上的时、分和秒）。
在时角座标中，天体的赤经（δ）是固定的，它不随观测的时间和地点而改变。
而天体的时角，即每时每刻在变化。
对于同一地区（或同一经度）的观测者而言，一个天体的时角随时间而同步增大。
《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
天文学基础02-天球坐标系
Z C P
♋ Q
K C´ E ♎ N W K´ O ♈ S
P´
Q´
♑ Z´
§2.2 天球坐标系
一、常用的天球坐标系
1、地平坐标系（A ,h） 地平坐标系（ ,h）
P
Z
z X E h
N
O
M W
A
为 大以 地 称 大天 对于离天顶较近的 地 圆南 平 为 圆顶 天体，也有采用大 坐 地 弧为 平 弧点 圆弧来代替地平纬 纬 标平 基 为 天顶距， 度 MX 天顶距 度的，称为天顶距 本 取 经 SM 或 地 度 即点 记作z。 是 原 地 天点 平或 为 平 体 圈方 天 高 作位 体 S 度 的 为角 的 第 ， 基， 第 二 记 本 记作 一 作 坐 圈 标 坐 。 P 标 。 ， 称 ，
）、时角坐标 （2）、时角坐标⇒地平坐标（已知 、δ、φ，求A、h） ）、时角坐标⇒地平坐标（已知t、 、 ， 、 ）
sinh = sin ϕ ⋅ sin δ − cosϕ ⋅ cosδ ⋅ cos t cosδ ⋅ sin t = cosh⋅ sin A cos z ⋅ cos A = sin ϕ ⋅ cosδ ⋅ cos t − sin δ ⋅ cosϕ
Q´
♑ Z´
§2.2 天球坐标系
一、常用的天球坐标系 二、坐标换算
球面三角形示意图
A B´
c a b
C´ C B
O
1、球面三角学基本公式
）、边的余弦公式 （1）、边的余弦公式 ）、
cos a = cosb⋅ cos c + sinb⋅ sin c ⋅ cos A
cosb = cos c ⋅ cos a + sin c ⋅ sin a ⋅ cos B cos c = cos a ⋅ cosb + sin a ⋅ sin b ⋅ cosC
天文学之天球和天球坐标
赤道坐标系统是常用的天球坐标系统之一，它包括赤经和赤纬两个坐标。赤经是指天体与地球赤道面 之间的夹角，以地球自转轴为起点，沿着逆时针方向量度；赤纬是指天体与地球赤道面上的投影点之 间的纬度差，以地球赤道面为起点，向北或南量度。
黄道坐标系统
总结词
以地球绕太阳公转的轨道平面为基准面 ，以太阳到地球的平均距离为旋转轴， 将天体投影到黄道平面上形成的坐标系 。
空间探测
导航系统
全球定位系统（GPS）等导航系统需 要利用天球坐标来确定地Байду номын сангаас上任意一 点的位置。
空间探测器在太空中的位置和轨道需 要利用天球坐标进行描述和计算。
05
天球和天球坐标的意义
对天文学研究的意义
确定天体位置
天球坐标是用来确定天体位置的重要工具，通过天球坐标系，我们 可以准确地描述和预测天体的位置和运动轨迹。
VS
详细描述
黄道坐标系统主要用于太阳系内天体的定 位和观测，包括黄经和黄纬两个坐标。黄 经是指天体与黄道平面之间的夹角，以春 分点为起点，沿着逆时针方向量度；黄纬 是指天体与黄道平面上的投影点之间的纬 度差，以黄道面为起点，向北或南量度。
银道坐标系统
总结词
以银河系中心为参考点，以地球绕银心旋转的轨道为基准面，将天体投影到银道平面上 形成的坐标系。
天文学之天球和天球坐标
目录
• 天球的基本概念 • 天球坐标系统 • 天球坐标的应用 • 天球和天球坐标的演化 • 天球和天球坐标的意义
01
天球的基本概念
天球的定义
总结词
天球是指在宇宙空间中，以地球为中心，无限大、有限厚的 假想球面。
详细描述
天球是用来描述天体位置和运动的假想球面，以地球为中心 ，其半径为任意大，而厚度则相对有限。这个假想球面将宇 宙中的所有天体都包含在内，使得我们可以在一个统一的参 照系中描述它们的运动。
1.1天球和天球坐标
• 经度：时角：天体所在的时圈相对于上点 （午圈）的方向和角距离。自上点沿天赤道向
西度量（为使天体的时角“与时俱增 ”）。
• 上、西、下、东为0时、6时、12时、18时。
第一赤道坐标系的圆圈系统
天赤道上4个相距90°的点：东、 西、上、下点；得到子午圈和六 时圈。
（辅圈） 酉圈）
六时圈）
至圈）
始圈 午圈 原点 南点
午圈 上点
春分圈 春分点
通过春分点的黄经 圈
春分点
纬度 经度
高度 方位（向西度量）
赤纬 时角（向西度量）
赤纬 赤经（向东度量
黄纬 黄经（向东度量）
应用
在天文航海、天文航空、 观测恒星、星云、星图等类型的遥远天 人造地球卫星观测及大 体常常采用赤道坐标系，它被广泛应用 地测量等部门都广泛应 于天体测量中 用它
观测太阳以及太阳 系内运行在黄道面 附近的天体，则采 用黄道坐标系
注：①基圈和始圈上的点，其纬度或经度为零；极点的纬度为90°，经度则为任意。②纬度度数相 等，方向相反；经度相差180°的两点为互为对跖点。
▪ 思考与练习（见教材）
▪ P28—2、4、5（书面作业，单页纸做，
▪
写清专业、学号和姓名，第5周交）
本地子午线： 本地子午面：
十二支表示地平方向。 其中子午表示南北，卯 酉表示东西。
通过Greenwich天文台 内古老的
天文望远镜观察宇宙
脚跨本初子午线（ 即通过 Greenwich 天文台的0°经
线）两侧。
经线（右）和纬线（左） 纬线所在平面垂直于地轴, 经线所在平面都通过地轴。
4、纬线圈（纬线）：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
天球(天文)
岁差（precession）章动（nutation）
• 日月岁差 太阳、月亮对地球赤道隆起部 分的引力作用 平天极P0，它围绕黄极沿着一 个小圆顺时针旋转 T=26000y • 章动 真天极P相对于平天极的运动 T=18.6y • 行星岁差 行星对地球公转运动的摄动
练习：
1、织女星(α=18h35m)在春分点上中天时的时角为 ____。当织女星的时角为 0时春分点的时角为 ____。 2、在北京（φ=400）当织女星（δ=380.8）上中天时 的地平高度为 ____ 。 3、由于太阳的周年视运动，太阳的赤纬变化在 ____ 度至 ____ 度之间，太阳的赤经变化在____ 度至 ____ 度之间，太阳的黄纬是____ 。 4、在我国某地看到一颗永不下落的恒星，下中天时 的高度为200，上中天时的高度500，该星的赤纬为 ____，观测地的纬度为 ____ 。 5、太阳周日视运动的方向是____，周期为____ 。 太阳周年视运动的方向是____，周期为____
5、二分点、二至点
二分点： 黄道与天赤道的两个交点。 春分点；秋分点
二至点： 黄道上与二分点相距900的另两个点。 夏至点；冬至点
三、天球坐标
1.地平坐标 基本点：天顶,天底; 基本圈：真地平 地平高度 h(00 –900) 天顶距 Z＝900－h 方位角 A:由南点或北点 沿真地平顺时针度 （00 –3600）
春分点的时角： tr ＝(α＋t)
4.黄道坐标
基本点：黄极 基本圈：黄道
黄纬β（00～±900） 黄经 λ：由春分点沿黄道逆时针量至天体所在黄 经圈与黄道的交点 （00 – 3600)
习题
1、北天极的黄经和黄纬是（ ）（ )，北黄极的 赤经和赤纬是( )（ ）。 2 、在地球北纬30处，当春分点位于西点时，北点的 赤经是（ ），时角是（ ），赤纬是（ ），方 位角是（ ），地平高度是（ ）。 3、天子午圈与地平圈的两个交点是（ ）（ ）； 天子午圈与卯酉圈的两个交点是（ ）（ ）； 天赤道与黄道的两个交点是（ ）（ ）； 天赤道与地平圈的两个交点是（ ）（ ）； 天球上赤经和赤纬皆为零的点是（ ）； 天球上地平高度和赤纬皆为零的点是（ ）（ ）。
天球与天球坐标系
大圆 P2
球面上两点的距离
• 球面上两点间大圆弧的长度叫球面上两点的距离, 也等于两点所张的球心角(角距离)。
• 如图球面三角形ABC，三边AB、BC、CA为所在大圆圆 弧，如果大圆半径为r，AB两点所张的球心角为c，则： AB =rc，[c]=rad.
球面角：
两个大圆弧相交所成的角度(ABC)，两大圆弧的交点称 为球面角的顶点，大圆弧称为球面角的边。 球面角的度量单位： 用角度、弧度、时间表示 2π弧度=360º ; 1弧度=360º /2π=57º .3=206265" 24h = 360°; 1h =360º /24=15º ; 1º =24h /360= 4m (分钟)
3. 角的余弦公式：
������������������������ = −������������������������ ������������������������ + ������������������������ ������������������������ ������������������������. ������������������������ = −������������������������ ������������������������ + ������������������������ ������������������������ ������������������������. ������������������������ = −������������������������ ������������������������ + ������������������������ ������������������������ ������������������������.
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 。
天球坐标系
特点：
1、与直观感觉相符的科学抽象
2、天体在天球上的位置只反映天体
视方向的投影
3、天球上任意两天体的距离用其角
距表示
4、地面上两平行方向指向天球ห้องสมุดไป่ตู้一
点
5、任意点为球心
精选可编辑ppt
7
地理坐标
1、地轴 2、地极 3、纬线和赤道 4、经线和本初子午线 5、经度 6、纬度 北京： φ＝390 57, ; λ＝1160 19,
精选可编辑ppt
36
二十八宿：
黄道附近的二十八个区域
四象：将二十八宿分成四组，每组七宿，
分别与四个地平方位、四种颜色相匹配。 东方苍龙，青色：角、亢、氐、房、心、尾、箕； 北方玄武，黑色：斗、牛、女、虚、危、室、壁； 西方白虎，白色：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参； 南方朱雀， 红色：井、鬼、柳、星、张、翼、轸；
体的时角t和赤纬δ
sinδ= sinφ cosz - cosφ sinz cosA （余弦公式）
cosδ sint = sinz sinA （正弦公式）
cosδ cost = sinφ sinz cosA + cosz cosφ （第一五元素公式）
精选可编辑ppt
22
（2）已知天体的时 角t 赤纬δ和地理纬 度φ，求天体的方位 角A和天顶距z（或
7.1度
7天 0小时
18.2度 17天22小时
33.8度 33天 3小时
精选可编辑ppt
50
1）星座名称多处错讹
2) 时间间隔基本上均匀 分布，并没有顾及实际 星座有大有小，更不考 虑黄道上有13个星座的 情况
3）大致符合2000多年前 古希腊时代 的太阳运动 位置
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。
天球坐标
4、黄道坐标系
以黄道为基本圈，春分点为 基本点。两个坐标分别是黄 经λ和黄纬β。黄经以春分点 为起点，逆时针方向度量0h24h；黄纬与赤纬的度量方 式相似。 黄道与赤道的夹角叫黄赤交 角，目前为23º 26´。由图可 知，北黄极的赤道坐标分别 为：α=270º ，δ=90º 23.5º =66.5º 。 黄道坐标系与赤道坐标系一 样，不随地球自转，也不随 观测点改变。主要用于描述 球上的基本点和基本圈
5.黄道与春分点 地球公转轨道面延伸与天球相 交的大圆叫黄道。 黄道与赤道有两个交点，其中 太阳视运动沿黄道由天赤道 以南往北穿过天赤道的交点 （升交点），叫做春分点； 由天赤道以北往南穿越天赤 道的交点（降交点）叫做秋 分点。在黄道上，与春分点 相距90度，在天赤道以北的 点，叫夏至点，以南的点叫 冬至点。黄道轴与天球的两 个交点，分别叫做北黄极和 南黄极。
2.1.2天球上的基本点和基本圈
1.天轴和天极 由于地球的自转，我们感 觉天球绕地球做周日视 运动，其转动轴为地轴 的延长线，称为天轴。 天轴与天球的交点成为 天极。由地球北极延伸 出来与天球的交点，叫 做北天极，由地球南极 延伸出来与天球的交点， 叫做南天极。
2.1.2天球上的基本点和基本圈
2.天赤道 地球赤道面与天球相交 的大圆，叫做天赤道。 天赤道所在的平面， 即为天赤道面。天赤 道将天球分为南北两 个半球，称为南天和 北天。天球上与天赤 道平行的小圆，称为 赤纬圈；垂直与赤道 面且过两天极的大圆， 称为赤经圈，也称为 时圈。
本章内容
§2.1 天球与天球坐标系 2.1.1 天球 2.1.2 天球上的基本点基本圈 2.1.3 天球坐标系
§2.2 天球坐标系的变换 2.2.1 地平坐标与时角坐标的换算 2.2.2 赤道坐标与黄道坐标的换算
- 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)。
天球
天球特点：
1、与直观感觉相符的科学抽象，半径可任意选取 2、天体在天球上的位臵只反映天体视方向的投影 3、天球上任意两天体的距离用其角距(对天球球心 的张角)表示
4、地面上两平行方向指向天球同一点
5、任意点为球心
普通天文学
§2.2
天球上的基本点圈
north celestial pole NCP 北天极
普通天文学
天体的方位与高度
天体方位角A
普通天文学
天体地平高度h
地平坐标是一个简单的坐标系，但它依 赖于观测者所在的地面位臵，位臵不同 ，地平线也不一样，天顶也不一样，天 体的地平坐标就会改变，地平坐标具有 强烈的“地方性”。
我们可以使用天球的概念，来建立另一 种天球坐标系，这种坐标系不依赖于观 测者所在的地面位臵。
普通天文学
south celestial pole
north celestial pole
我们也能在天球上画 出假想的经度线 (longitude) 和纬度线 (latitude) 相应的天球坐标是：
经度 赤经right ascension (RA) 纬度 赤纬declination (dec) 普通天文学 south celestial pole
普通天文学
N
北极星Polaris, 位于北天极
注意星图上 东,西的位臵
E W
天顶
普通天文学
S
从地平北点，通过 天顶，到地平的南 点，这条假想的线 称为： “天子午线” E
N
W
天顶 天子午圈：过天极和天顶的大圆。
普通天文学
S
N
卯酉圈：过天顶和东 西点所做的大圆弧。
E W
天顶
普通天文学
S
3. 黄道与黄极
10月31日
11月23日 11月30日 12月18日
普通天文学
8时
3时 3时 1时
天秤
天蝎 蛇夫! 人马
22.9度
7.1度 18.2度 33.8度
7天 0小时
17天22小时 33天 3小时
1）星座名称多处错讹 2) 时间间隔基本上均匀 分布，并没有顾及实 际星座有大有小，更 不考虑黄道上有13个 星座的情况 3）大致符合2000多年前 古希腊时代的太阳运 动位臵
赤纬 用度, 分, 秒来测量，位于天赤道的 上下两面，上为正，下为负。例如，靠近北 天极的恒星，其赤纬接近 +90°, 而靠近南 天极的恒星，其赤纬接近- 90°.
天体的时角坐标与观测位臵有关系吗？
普通天文学
可证明，地球上任何观测点的天极高度等于当 地的地理纬度 • 在同一地点有： 天极的高度(hp) =地理纬度(φ) =天顶的赤纬(δZ)； • 人们正是根据这一原 理来测定所在地的纬 度。
意思为:赤经(RA) = 12
h
52
m
3 s,
赤纬(DEC) = - 47o 34 ’43”
普通天文学
四、黄道坐标系 基本点：黄极 基本圈：黄道 原点：春分点 黄纬β：由黄道沿过天 体的黄经圈向两边度 量（00 — ±900） 黄经λ：由春分点沿黄 道逆时针量至天体所 在黄经圈与黄道的交 点（00 – 3600)
看到地平线以上的 夜空
但看不到地平线下 面的 因此这个观测者能看 到北天极和大部分天 空(随着地球的自转), 但看不到靠近南天极 的大部分南部天空。
普通天文学
Z
south celestial pole
三、永不上升与永不下 落天体 1、永不下落天体： δ ≥（90°－φ ）
永不下落天体
永不上升天体： δ ≤－（90°－φ ）
普通天文学
长春地区地 理纬度 φ≈44° 长春地区北 极星的地平 高度h≈44°
在北半球，当地的地理纬度 等于北极星的高度
在北极，北 极星的地平 高度 = ? 在赤道上，北极星的地平高度 = ?
普通天文学
三、赤道坐标系（第二赤道坐标系）
基本点：天极 基本圈：天赤道 原点：春分点 赤纬 δ：同上 赤经 α：由春分点 沿天赤道逆时针方向 量至天体所在赤经圈 （0h –24h) 春分点的时角： tr＝(α＋t)
永不上升天体
2、地理纬度越高，这类 天体越多： 极区：各半； 赤道：无
普通天文学
在长春，北极星的高度约44度， φ=44 δ≥ 46 °的天体，永不下落， δ≤－46°的天体，永不上升
天体的中天
天体通过子午圈称为中天，所有天体的周日平行圈与 子午圈都有2个交点σ和σ’。
P Z
ζ
位于PZP’一支上的σ称为上中 天，这是某个天体所能达到 的最高位臵。 σ’称为下中天， ζ’ 即该天体的最低位臵。 中天是天文学中的重要概念， 天体上中天时时角为0，地平 高度hσ=hQ’+δ
普通天文学
二、时角坐标系（第一赤道坐标系）
基本点：天极 基本圈：天赤道 原点：子午圈与天 赤道南边的交点。 赤纬 δ：由天赤道沿 过天体的赤经圈向两极 方向度量 （00 -±900） 时角 t：由原点沿天赤 道顺时针量至天体所在 赤经圈 （0h – 24h）
普通天文学
时角 用小时、分和秒来度量, 因为恒星两次 出现在天空中同一位臵的时间间隔大概需一天 (24h)
普通天文学
日期：3月21日~ 4月20日~ 5月21日~ 6月22日 ~ 7月23日~ 8月23日~ 9月23日 太阳经过： 白羊座 | 金牛座 | 双子座 | 巨蟹座 | 狮子座 | 室女座 日期： 9月23日~10月23日~11月22日~12月22日~1月20日~ 2月18日~3月21日 太阳经过： 天秤座 | 天蝎座 | 人马座 | 摩羯座 | 宝瓶座 | 双鱼座
普通天文学
Q’
子午圈
子午圈 南天极P’
§2.5 天体的周年视运动
周年视运动 地球的公转 →天体的周年 视运动→太阳 自西向东在黄 道上每年运行 一周（与周日 视运动方向相 反）→造成四 季星空的不同。
普通天文学
太阳的周年视运动轨迹：黄道 运动方向：自西向东
当太阳位于： 春分点时:（3月21日左右） α＝0h δ＝0° 夏至点时:（6月22日左右） α＝6h δ＝23°26’ 秋分点时:（9月23日左右） α＝12h δ＝0° 冬至点时:(12月22日左右） α＝18h δ＝－23°26’
普通天文学
这是北天恒星周 日视运动的照片。 每条弧线都是一颗 恒星穿过夜空的轨 迹。图(a)的曝光 时间约为1小时， 图(b)约为5小时。
普通天文学
在地球的 南、北极地 区看到所有 天体都平行 于地平圈做 圆运动，在 北极只能看 到北半天球 的星，永远 看不到南半 天球的天体
普通天文学
不同纬度
处的天体 视运动：
在地球赤
道地区看到 所有天体都 垂直于地平 面做圆运动,
可看到全天
球的天体。 北天极和南 天极位于地 平。
普通天文学
在中纬地区 看到的天体 周日视动。 地理纬度 越高,北天极 离地面越高, 可看到的南 半天球的星 就越少。
普通天文学
north celestial pole
一个地球表面的观测者 •
普通天文学
1 、在地球北纬30处，当春分点位于西点时，北 点的赤经是（2700），时角是（1800），赤纬是 （600），方位角是（00），地平高度是（00）。
二、球面上两点的距离 三、圆的极
大圆的极点 = 通过球心与大圆所在平面相垂的 直线与球面的两个交点。
四、球面角 五、圆弧与角的度量
1（弧度）=360/2π（度）=206265（角秒）
普通天文学
• 球面角 • =两个大圆在球面上构 成的角度(ASB) • =以两大圆交点(S)为 极点的大圆上，与两 大圆的两交点(A,B)在 球心所张的角度(AOB)。 • =该两交点(A,B)间的 大圆弧AB
黄道：过天球中心做一 与地球公转轨道平面平 行的平面为黄道面，与 天球相交的大圆为黄道。 黄极：黄道所对应的两 个极点。
黄赤交角：黄道与赤道 的交角 ε＝23°.5
普通天文学
ε
二分点：
北天极 秋分点 夏至点
黄道与天 赤道的两个 交点。 春分点(升 交点)； 秋分点(降 交点)
冬至点 春分点
二至点： 黄道上与二分点相距90°的另两个点： 夏至点(天赤道以北)；冬至点(天赤道以南)
普通天文学
我们能填加恒定的 赤经线 right ascension (RA)
N
和赤纬线 (dec)
E
W
普通天文学
S
赤经也用小时，分，秒来度量, 因为恒星 2次出现在天空中同一位臵大概需一天时间 因春分点本身也在作周日视运动，它相对于 天体而言，位臵基本上静止不动。 因此一颗恒星的赤道坐标基本不变，可表 示为: 12:52:03, - 47:34:43
1、天极与天赤道
天球的轴是地球 自转轴的延伸， 叫天轴，天轴与 天球有两个交点， 叫作天极, 北天极：地球北极 延伸的点 南天极：地球南极 延伸的点。
普通天文学
south celestial pole SCP 南天极
north celestial pole
• 我们能想象 天球有一个 “天赤道” 天赤道 是地球 赤道的 扩展
平行天赤道的天球 上的小圆圈叫纬圈
普通天文学
垂直赤道并且过两 个天极的大圆圈叫 经圈或时圈。
普通天文学
2、天顶、天底和真 地平
天顶：Z 过天球中心 做一直线与观测点的 铅垂线平行，交天球 于两点，位于观测者 头顶的一点称天顶。 天底：Z’ 与天顶相对的 另一交点为天底。 真地平：过天球中心做 一与铅垂线垂直的平 面，与天球相交的大 圆为真地平。
24.9度 36.3度 24.9度 36.7度 28.0度
停留时间
27天 2小时 24天18小时 36天19小时 25天14小时 38天 8小时 29天9小时