地球概论

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；
横坐标即经度。
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
两大类天球坐标系 右旋坐标系： 与天球周日运动（地球自转）联系， 经度向西度量。地平坐标系和第一赤 道坐标系 左旋坐标系： 与太阳周年运动（地球公转）联系， 经度向东度量。第二赤道坐标系和黄 道坐标系
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

第二节 天球坐标 一、 天球和天穹 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 天顶 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
图1-5 经线的间隔随纬度增大而减小
经（纬）度与经（纬）线 经度和纬度用来区分不同的经线和纬线； 经线即等经度线，纬线即等纬度线。
二、 地理坐标
一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标
同地理坐标相联系的有三个大圆
赤道（横轴）； 本初子午线（纵轴）；
本地子午线。
书写按惯例 先纬度，后经度； 数字在先，符号在后。 例：北京40º 116º N, E
右:黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）
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。 大圆的远距点： • • • 地平圈对于天赤道：南点和北点； 天赤道对于地平圈：上点和下点； 黄道对于天赤道：夏至点和冬至点；
经度和纬度
一、 经度和纬度 是经线和纬线的“编号”，本身代表一种角度 纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度
纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角；
赤道以北叫北纬（以字母N表示）；赤道以南叫南纬 （以字母S表示）。南、北纬各从0°~90°。以南、北 纬30°和60°为界，把纬度分成低纬、中纬和高纬三段. 经度：本地子午面的东西方向和角距离 经度通常在赤道上度量，东西经各分180度。本初子午线 以东叫东经（以字母E表示），本初子午线以西叫西经 （以字母W表示），东西经各从0°~180°。
图1-15 天体的地平坐标： 高度和方位
第一赤道坐标系(也称时角坐标系)
用途：用于时间度量； 圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈；
基本要点： • 基圈：天赤道；原点：上点； • 始圈：午圈；纬度：赤纬； • 经度：时角（经圈改称时圈）自上点沿天赤道 向西度量（为使天体的时角“与时俱增 ”）。
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
图1-18（下） 第二赤道坐标系 的圆圈系统。天赤道上4个相距 90°的点：二分点和二个无名 点；得到二分圈和二至圈。
图1-19（上） 天体第二赤道坐 标系：赤纬和赤经
黄道坐标系
用途：表示日月行星的位置及其运动； 圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点的黄经圈） 和二至圈； 基本要点： • 基圈：黄道；原点：春分点； • 始圈：无名圈；纬度：黄纬； • 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”）。
二者的具体差异与当地的纬度有关； 仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。
赤道是地理坐标系的横轴
经线(meridian) 通过地轴的平面同地球相割而成的圆； 经线都是大圆（通常指它的半圆），都在两极相交， 大小相同； 本初子午线：通过英国Greenwich(格林尼治)天文台的 0°经线（1884年确定）。 本初子午线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。
地平坐标系 用途：表示天体在天空中的高度和方位； 圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈； 基本要点： • 基圈：地平圈； • 原点：南点；始圈：午圈； • 纬度：高度； • 经度：方位 (0到360度，自南点向西沿地平圈度 量）。
图1-14 地平坐标系的圆圈系统： 地平圈上4个相距90°的点：东、 南、西、北点；得到子午圈（过 南、北点）和卯酉圈（过东、西 点）。
图1-17（下） 天体第 一赤道坐标系：赤纬 和时角
图1-16(上) 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。
第二赤道坐标系
用途：表示天体在天球上的位置； 圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；
基本要点： • 基圈：天赤道；原点：春分点； • 始圈：春分圈；纬度：赤纬； • 经度：赤经，自天赤道向东度量（为使春分点 沿天赤道向东度量，即当时的“恒星时”）。
•
天赤道对于黄道：无名点。
天球上的方向和距离
方向：天球上的方向也是以地球自转为基础的，是地球上
方向的延伸； 大。
天轴和南北天极是地轴的延伸；天赤道则是地球赤道的扩
天球上的南北方向也是有限方向。若某天体比另一天体更
接近天北极，那么，该天体就在它的北方，反之亦然。
东西方向：在天球上，天赤道和赤纬圈方向也表示东西方
英国Greenwich天文台,现为天文博物馆
本初子午线(0°经线)。
二、 地球上的方向和距离 地球上的方向 通常指地平方向；
南北方向（经线方向），有限方向；
东西方向（纬线方向），无限方向； 理论上亦东亦西；实际上非东即西。 地球上的方向与地球自转 我国传统上把正午太阳所在方向定为正南，而把日出 日落的方向视为东西方向； 向北就是向北极，向南就是向南极；向东就是向着地 球自转的方向。 在用时针的方向表述地球自转方向时，必须明确观测 者是立足于哪个半球观测地球自转的。
图1-2 地球自转方向—向东。 在北半球看，呈逆时针方向； 在南半球看，呈顺时针方向。
图1-3 十二支表示地平方 向。其中子午表示南北，卯 酉表示东西。
角距离与线距离的简单换算关系 海里（n mile）：经线1分的弧长； 两地间弧分数=其长度的海里数，由此推出经线的全长： 60海里×180=10 800海里； 赤道的周长：60海里×360=21 600海里。 公里（Kilometer）：也是经线一分的弧长。法国人当时 把地球全周分400°，每度分成100′，每分的弧长就是 1Km（＝0.621 n mile）。 因此，地球的周长，论角度是400°或40000′，论线距 离是40000Km。每度折合100Km，1Km折合1′，是周长的 1/40000。 经线1度的长度为40000km/360=111.1 km 1华里是指经线1°之长的1/200，即地球周长的1/80000。
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图1-8 太阳周年运动 方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。
春：中天狮子
太阳 飞马 夏：天蝎中天 太阳 猎户
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秋：飞马中天
太阳 狮子
冬：猎户中天 太阳 天蝎 图1-9 夜半中星随季节的变化 这是地球公转的反映。由夜半中星 的变化间接推出太阳周年运动。
太阳同时参与两种相反的运动：
地轴； 南极、北极。
图1-1 经线和纬线 纬线平面垂直于球上大大小小的圆
大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心； 小圆：大圆以外的圆。
纬线(parallel)
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;