地球概论实验指导书

《地球概论》实验实习指导书

实验一、天球仪的构造和运用天球仪演示天体运动

[实验目的及要求]

了解天球仪的构造，掌握运用天球仪演示天体视运动的动作技能。

[实验原理]

1、概述

天球仪是以观察者为中心，以圆球表示天球的教学仪器。它在天文、地理教学上，可帮助了解天球的各种坐标、时间的概念；能形象地理解天象与季节和时间、星象和地理纬度的关系；太阳在天球上位置的变化；也可用来求解实际的天文问题。TY一1型天球仪吸取了中外天球仪的优点，并对内容的表达、工艺的设计作了改进：用深兰色将球体突出，以衬托浅兰色的银河；用鲜艳的粗红线和粗黄线分别表示天赤道和黄道；在黄道上红圈表示太阳的位置，与我国的二十四节气阳对应。TY——1型天球仪星等分级明显，用黄色清晰地显示在深兰色的球体上，给人以满天星斗的臆想效果。仪上内容多于高等院校所用的教材，且专业内容也较丰富。TY—l型天球仪尤其适合于师范院校的天文系、地理系和中学讲授地球概论之用。也可供天文、气象、航海等专业单位和科研机关参考。

2、天球仪的构造

天球仪由球体、底座、支架、子午圈、地平圈及高度方位架等组成。天球仪用粗红线表示天赤道，它的上方标有赤经度数，它的下方标有恒星时数。每隔15度有一赤经圈。以春分点为零度绕天赤道一周为360度。以天赤道为零度向南北两天极，每隔10度有—赤纬圈。到南北天极均为90度。赤道经度和赤道纬度组成了赤道坐标网。

天球仪用粗黄线表示黄道。在它的上方标有以10日为间隔的月份和日期。用红圈表示太阳在二十四节气时的位置。

天球仪上还标有银道和南北两银极。

在天球仪上，全天共分88个星座，并用粗红虚线勾划出星区界线，它与粗红的天赤道和粗黄的黄道一起，以十分醒目的形式给教学带来方便。全天恒星分为四等，并标有著名星团、星云和变星等内容。并按中外习惯将各星座内的恒星用实线联接起来，以便辨认。

3、天球仪的用途和用法

天球仪用于：

（1）查阅和辨认星座和恒星。

（2）找出某恒星的赤经和赤纬，或已知赤经和赤纬找出某恒星。

（3）求两星之间的角距离的近似值。或已知恒星时(或真时、平时、标准时)求某恒星的时角。

（4）找出某日太阳的黄经、赤经和赤纬，或求知某天太阳出没的时刻、方位、高度及昼长、夜长的时间。

（5）已知地理纬度：求已知恒星时(或真时、平时、标准时)的某恒星的高度和方位角。或从恒星的地平坐标求当地的恒星时（或真时、平时、标准时)。或已知恒星时（或真时、平时、标准时）求知天象。

（6）各种坐标的换算。

天球仪用法要则：

（1）、纬度校正：使子午圈靠近地平圈的度数等于某地的地理纬度，然后移动天球仪，使地平圈上的方向与某地方向一致，再使球上已知点转到自己的位置上时即已校正完毕。

（2）已知地方恒星时，使天球仪与实际天空相符：在作了纬度校正后，耙与已知恒星时相同的赤经时数转到子午圈下，即使春分点的时角等于这个已知恒星时就行。

（3）已知真时的校正：把该日太阳在黄道上的位置转于子午圈下，记下其在子午圈下的赤经时分，然后加上已知真时，再减去12时，所得结果为已知真时的子午圈读数。转动球体，把赤道上上述墩值转到子午圈下。这样球上各星点与实际天空相符。

（4）已知地方平时，则加上时差成真时，再按3校正。如已知标准时，则按经度变为地方平时。

总之，已知时间而求解的问题，主要是测定子午圈和天球上某一时圈之间的角度的，子午圈这里代表观察地点的子午圈。同时还应熟知下列关系：

（1）所有时间都是以天球上一点的时角的连续增加来量度的。

（2）地方恒星时等于春分点的地方时的时角。

（3）地方真时(或地方平时)等于太阻的地方时角 (或平太阳的地方时角)加上12时。地方平时又等于世界时加上(格林尼治以东)或减掉(格林尼治以西)某地子午线与格林尼治子午线间经度差(以时间来表示)。

（4）北京时间(东经120度的标准时)等于世界时加上8时。知道观察者所在地的经度，把标准时化为地方平时。

例一：找出某一恒星的赤经和赤纬。

把该恒星转到上中天，从赤道上读出赤经，从子午圈的刻度上读出赤纬即可。

例二：找出某日太阳的黄经、赤经和赤纬。

太阳每日的位置标在黄道上，则黄经数可在黄道度数上读出。太阳的赤经和赤纬，按例一方法读出。

例三：找出两星间的角距离的近似值的原则。

低纬度：用两脚规量得两星间的距离，再移规于黄道上所得弧长即为所求。高纬度：用两脚规求得两星间的距离长后，在最接近两星的纬度圈上按已得距离长得两点。求此两点的赤经差化为度数即得角距离的近似值。

例四：已知恒星时，求天象。

调整天轴，使天极与地平夹角相当于该地的地理纬度，转动球体使子午圈读数等于已知恒星时，也就是使春分点的时角等于恒星时。这时天球仪上的天象即和真实天空相符合。此后也可根据各星点的方位角、高度进行辨认、查对恒星和星座。

例五：已知恒星时(或真时)，求某恒星的时角。

原则①、已知恒星时减该恒星的赤经等于该星的时角。如已知的恒星时小于该恒星的赤经时，可先加上24时再减去赤经即得要求的时角。

原则②、已知真时则把该日太阳所在之点转至上中天，读出太阳赤经，再转动天球使该日太阳的时角等于真时减去12时，所得的差即为恒星时，然后根据原则①，求出该恒星的时角。

例六：已知标准时，求某恒星的时角。

原则，应用经度的换算求得相当的平时，再运用时差(加或减)把相当于平时

的真时求出，再把真时减去12时得太阳时角然后加上太阳赤经求得恒星时，最后按例五原则①求解即得时角。

在沈阳(经度：东8时14分)当10月30日“北京时间”18时30分，求天狼星的时角。北京时间 18时30分

按经度换算沈阳平时应为 + 14分

沈阳平时 18时44分

加时差(+17分) + 17分

真时 19时01分

减去12时 --12时

太阳时角 7时01分

太阳赤经(从球上估出) +14时14分

沈阳恒星时 21时15分

天狼星赤经—6时43分

天狼星时角 14时32分

主要公式：恒星时=时角+赤经

太阳时角+12时=真太阳时。

例七： 10月30日昴星团在沈阳上升的真时是多少?(沈阳：北纬42度东经8时14分)

把天球仪的中心轴按北纬42度调整，使昴星团出现在东方地平面，这时子午圈读数为20时8分。10月30日太阳的赤经为14时14分，所以， 20时8分一14时14分+12时二17时54分即为昴星团在10月30日沈阳上升的真时。

例八：求4月30日沈阳的昼长及太阳出没的真时。

把天球转至(4月30日时)东方地平面，则其赤经为19时33分，转至西方地平面时，则其赤经为9时17分。那未该日沈阳昼长为9时17分+24时一19时33分二13时44分(恒星时的时间)。合平太阳时的时间为13时42分。该日太阳的赤经为2时25分。则19时33分一2时25分一12时=5时8分即为日出真时。9 时17分一2时25分+12时=18时52分即为日落真时。

例九：求大角星的黄道坐标。，

调整天轴，使地平圈北点上的子午圈度数为66、5度，转动球使秋分点在地平圈西点，使高度方位架有刻度一面通过大角星中心。用游标卡量得高度为30‘(即为黄纬)，在该平面与地平圈的交点读出黄经(在黄道上读)为203度。如恒星在黄道以南，则只要调整天轴，使南天极向上，与地平圈的南点成66、5度角距离。使春分点在地平圈西点即可量出黄纬和读出黄经。

例十：求北河三的银道坐标。

调整天轴，使地平圈北点的子午圈度数为28度，转动球使银道180度之点在地平圈上的西点(即使银道平面与地平圈平面一致)。如例九方法求得银纬为24度，银经为159度。如恒星在银道面另一面，则使南天极向上，使天轴与地平面南点成28度角距离，转动球使银道0度在地平圈的西点，同理可量得银纬和读出银经。只不过黄纬和银纬都有正负之分而已。

4、注意事项

（1）拿天球仪时要拿底座，不可以拿地平圈或子午圈。以防损坏支架等。（2）因球体为纸质的，故防止与尖状硬件相碰撞。

（3）球面应保持清洁，如有灰尘，可用干净湿布擦净。

（4）仪器应存放于阴凉、干燥、通风处。