14 天体的周日视运动和太阳的周年运动

十四天体的周日视运动

和太阳的周年运动

1 天体的周日视运动和不同纬度处天球的旋转

◆天体的周日视运动

地面观测者直接观测到的天体的运动叫做天体的“视运动”。引起天体视运动的因素很多，对于太阳系内的天体而言，地球公转运动和天体自身的空间运动是形成视运动的一种重要因素；对于较近的某些太阳系外天体，地球公转运动所引起的周年视差和太阳运动带来的长期视差，以及岁差、章动、光行差、自行和大气折射等因素都能影响天体在天球上的视位置。但是这些影响不是造成天体视运动的主要因素，通常不把它们归属于天体视运动研究的范围。造成天体视运动的主要因素是地球自转。由于地球每天自转一圈，所以地球自转引起的天体视运动叫做“周日视运动”。地球是自西向东自转的，所以观察者在地球上看来，天体在一个恒星日内沿着平行于赤道的小圆，在天球上自东向西运行一圈。这个圆圈称为天体的周日平行圈。周日视运动是一切天体最显著的视运动。

◆太阳的视运动

地面观测者直接观测到太阳在天球上的运动叫做“太阳视运动”。太阳视运动分为两种：周日视运动和周年视运动。周日视运动是地球自转引起的一种视觉效果，它造成太阳每天东升西落。太阳的周年视运动（见后《太阳的周年视运动是是古代历法的依据》一节），它导致太阳在恒星背景上相对位移。太阳在天球上周年视运动的轨迹是黄道，运动方向是由西向东，每年运行一圈，每天约移动1°。黄道被分成了十二等份，每等份约为30°，与一年十二个月相对应。太阳每月在黄道上的位置用附近的星座命名，这些星座称为“黄道十二宫”。每“宫”对应于一个月，太阳每月进入一“宫”。民间所说的某人是某某星座，就是指他(她)出生的那一个月太阳在哪一个星座。

◆月球的视运动

地面观测者直接观测到月亮在天球上的运动叫做“月亮视运动”。月亮视运动也有两种运动组成，即除了地球自转造成的周日视运动外，还有月亮绕地球公转引起的公转运动。由于月亮每月围绕地球公转一周，地面的观测者能看到它每天在星座之间自西向东移动13.20。这种运动使它的赤道坐标（赤经、赤纬）和黄道坐标（黄经、黄纬）不断发生改变，从而造成一系列变化：一是月亮周日视运动的轨迹发生相应的变化，二是在一年内不同的日期，月亮出没的时间、方位和中天的高度出现变化：①出没的时间，每天平均推迟50分钟。②出没的方位和中天的高度，由于在一年内不同的月份，月球的周日视运动轨迹不同，在不同的季节里，月亮出没的方位、中天的高度和在天空照耀的时间也明显不同。以北半球的“满月”为例，夏季满月出没的位置与冬季太阳出没的位置相仿：从东南方升起，在西南方落下，中天的高度较低，在天空照耀的时间较短；冬季的满月则从东北方升起，在西北方落下，中天的高度较高，在天空照耀的时间较长。其他月相也有类似情况。

◆不同纬度上的天球旋转

在地球上不同的纬度，天球的旋转是不同的。①在地球北极上（下图A）。这时天极P与天顶Z 重合,天体的周日平行圈都与地平圈平行，所有天体都不升不落，永远保持同一高度。地球北极的观测者只能看到天球北半部的天体，南半部的天体位于地平线以下。在地球南极，情况正好相反。②在地球赤道上(下图B)。天极落在地平圈上，天体的周日平行圈与地平圈垂直，天体在垂直地平圈的圆圈上作周日视运动。因此全天的天体都可以看到。天体在周日视运动中不断改变自己的方位角和高度，每天有12小时在地面上，12小时在地面以下。③在地球中纬度（0<Ф<900 ）上(下图C)。

图A 图B 图C

因天轴与地平圈成一倾角Ф，周日平行圈与地平圈成900――Ф。在地球北极附近，北天极P靠近天顶Z，周日平行圈和地平圈的交角很小。当观测者向低纬度移动时，天极P的高度逐渐下降，周日平行圈和地平圈的交角逐渐增大，见到南天的天体逐渐增多。

2 天体中天的高度和永不升落的天体

由于地球公转等因素的影响，一年中不同的时间天体周日视运动的轨迹是不同的。这种不同对太阳系的天体，特别对太阳和月亮有较大的影响。它们的赤道坐标、中天的高度、出没的方位等在短时间内就会出现显著的变化，而对恒星的影响则很微小。

◆天体中天的高度

天体经过观测点子午圈称为“中天”。经过天极和天顶所在点的半个子午圈时，位置最高，称为上中天；经过天极和天底所在点的半个子午圈时，位置最低，称为下中天。中天时天顶Z，天极P，天体σ都在子午圈上。因此由下图可以得到，上中天的天体高度h=900－Ф+δ；下中天的天体高度h=Ф+δ--900。式中Ф为观测点地理纬度，δ为天体赤纬，h=900-Z是天体的地面高度。由于天体在上中天时位置最高，受到地面光线和大气折射的干扰最小，所以是观测的最好时机。

◆天体的升落

天体经过观测点的地平线叫做“天体出没”，也称“天体升落”。从地平线下上升到地平线上，谓之“上升”。反之，从地平线上没入地平线下，谓之“下落”。永不上升和永不下落的天体没有出没现象。

天体的升落与观测点的地理纬度Ф密切相关，Ф越高，永不上升和永不下落的天体就越多。在Ф＝900，的北极上，南半球天空的天体永不升起，而北半球天空的天体（见下图）永不下落。在Ф＝900，的南极上，情况则相反，南半球天空的天体永不下落，北半球天空的天体永不升起。在Ф＝00的赤道上，整个天空的天体都有上升和下落的现象。天体的升落不仅与观测点的纬度有关，还同天体的赤纬δ有关；满足于关系式δ≥（900－Ф）的天体永不下落；满足于δ≤（900－Ф）的天体永不上升；满足于－（900－Ф）〈δ〈（900－Ф）的天体，周日平行圈一部分在地平面上面，一部分在地平面下面，因此有的天体上升，有的天体下落。我们来看三种情况的天体：

⑴在天赤道以北的天体。周日平行圈大部分在地平面以上，每天从东北方向升起，在西北方

向下落，在地平面以上的时间在12小时以上。

⑵在天赤道上的天体。每天从东点E升起，从西点W落下（参见《天球上的四方点》）。由于地平面平分赤道，所以每天在地面上面和下面的时间各为12小时

⑶在天赤道以南的天体，周日平行圈大部分在地平面以下，每天从东南方向升起，在西南方向落下，在地平面以上的时间在12小时以下。

天体出没的时间

天体出没的时候都位于地平面上，因此它的天顶距Z＝900，由（2.3）式得，

Cost＝－tanФ tanδ（5.1）

（5.1）式给出两个时间值t和－t.，它们分别代表天体“出”和“没”的时间，假设用s E和s w表示“出”和“没”的时间（恒星时），那么,s E＝ a－t 和 s w＝a + t，（5.2）由于地面大气折射ρ对天体的天顶距有34′的影响，因此在实际计算中，应将它考虑进去。而对于有一定圆面的天体，还需考虑天体的角半径r的影响。此外，在计算月亮“升起”的时间中，还应考虑地平视差P的影响。考虑这些因素后，（2.3）式中天顶距Z应当用900＋ρ＋r－P代替，于是计算公式变为 cost＝〔cos（900＋ρ＋r －P）—sinФ sinδ〕/cosФ cosδ。（5.3）式中Ф和δ是观测点的地理纬度和天体的赤纬。

太阳平均角直径r 为16′，因此对于太阳，cost＝〔cos90050′—sinФ sinδ〕/cosФ cos