地球概论

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°。
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。
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
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
没有月亮的晚上，也正是星星最为清楚的时候。拍摄此景的Dan Heller扎营在非洲4800 米高的乞力马扎罗山(Mt. Kilimanjaro)上，花了三个半小时的曝光时间取此美景。这 张照片中除去帐蓬内暗弱的灯火和呈现绿色的远方城市灯光，地景的亮度大部分来自星 光。此景面朝北方，将北极星放在接近地平且在照片的最左边，拖曳的星光划下一道道 优美的同心圆弧。
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”）。
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。
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。
•
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
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 ”）。
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1-21（下） 天体的黄道坐 标系：黄纬和黄经
图1-20（上） 黄道坐标系的圆 圈系统。黄道上4个相距90°的 点：二分点和二至点；得到无 名圈和二至圈。
图1-22 仰极高度＝天顶赤纬＝当地纬度
地平座标系和第一赤道坐标系；
始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于 时角；
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
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）。
太阳周年运动: 当地球在其轨道上由E1公转到E2，从地球上看来， 太阳在天球上的投影便从S1移到S2。一年后，地球公转一 周回到E1，太阳则以相同的方向（向东）和周期（1年）， 在众星间巡天一周。这叫太阳周年运动，其视行路线被叫 做黄道。 古代天文学家从观测夜半中星（夜半中天的星宿）的变 化，间接地推出太阳的周年运动。 中星大多位于“天南”，夜半太阳沉入“地北”。 夜半中星不断改变，证明太阳在恒星间不断移动。例如， 北半球的观测者在每年春分（3月21日）夜半，看到狮子 座中天。这时，从地球的另一侧看来，太阳在天球上位于 飞马座方向。随着地球轨道位置的改变，夏至（6月22 日）、秋分（9月23日）和冬至（12月22日）的夜半中星， 分别为天蝎座、飞马座和猎户座；这些日期的太阳，相应 地位于猎户座、狮子座和天蝎座方向。
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”）。
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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：
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
赤道是地理坐标系的横轴
经线(meridian) 源自文库 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。
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。
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；
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
地轴； 南极、北极。
图1-1 经线和纬线 纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴
经线和纬线都是地球上大大小小的圆
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;
赤道(equator)：纬线中惟一的大圆，将地球分为南北 半球。
向。天球周日运动的方向，就是向西；与此相反的方向， 则为向东。
若在天外俯视天北极，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。
距离：只有角距离，因为天球的大小是任意的。
图1-12天球上的方向 左：如在天球外俯视天球和地 球，那么，天上和地上的东西方 向一致，顺钟向为向西。 右：在地球上仰望天极，那么 ，天上的东西方向同地上相反， 逆钟向为西。