地球概论实验指导书.doc

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。TY1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。TYl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、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、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，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。实验仪器及用品主要有天球仪、星图。实验内容及步骤1、了解天球仪的构造。2、掌握天球仪的用途和用法。3、天体视运动演示要领。实验总结1、整理观察记录。2、区别不同类型的天体。3、天体视运动演示要领。实验二、星空观测和行星的辨认实验目的及要求1、通过观察实践，加深对天球、天体、星座、星云和天体的运行等概念的认识。2、通过实地观察，认识学校所在地天空主要的星座（10个以上）。3、通过观察活动，辨别和熟悉学校所在地天空主要的恒星、行星、星云以及临时可能看到的流星。了解星星的分布格局，并掌握星空指示的时间、方向、变化规律和星图的用法。实验原理1、星空分布大势为了对全天星座分布大势有一个全局性的认识，将星空按赤经分为“四大星区”(见图2)。每一星区跨赤经6h,各以其拱极星座或著名星座命名，从0h赤经线开始，自西向东依次为仙后星区、御夫星区、大熊星区、天琴星区，简称“后、御、熊、琴”。现将四大星区的主要星座和亮星的特征于表1。2、星空变化规律(1)由于地球自转，产生了星空的周日变化，即恒星在同一天中不同时刻的方位和高度有所不同。(2)由于地球公转，产生了星空的周年变化，地球每日东移1相对于星空则每日西移1，需4分钟，一个月提前2小时，一年后重归原位。(3)不同纬度观测者所观测到的星空区域不同，两极地方，只能见到半个天球的星，赤道地区，可见全天球的星。纬度越低可见的星越多。曲靖理论上只能观察到赤纬-64以北的恒星。表1、1四大星区、主要星座、亮星及特征星区星座亮星及主要特征仙后星区（后）仙后座形似字母W，利用它可找到北极星仙女座三颗亮星排列成一条直线飞马座呈一大四边形(东北一隅属仙女座)，四边形的东边向北延伸，直指北极星南鱼座南鱼座(中名北落师门)是本区惟一的一颗一等星，沿飞马座四边形的西边向南延伸，即可找到。它的位置偏南、离地平较低，附近星稀，西方有“海角孤星”之称御夫星区（御）御夫座明显的五边形。我国古代称“五车”。主星(五车二)是北天主要亮星金牛座著名黄道星座，有一簇呈V字形的星群(毕星团)、主星(毕宿五)位于V字一端是红色亮星。V字的西北有的昴星团，俗称“七姊妹”(正常视力只能见六颗)猎户座全天最壮丽的星座、横跨天赤道，世界各地都能见到。它由二颗一等星(参宿四和参宿七)和五颗二等星组成。有“参宿七星明烛宵、两肩两足三为腰”之说。中部三颗合称参宿三星，位于天赤道上。参宿三星东南有一肉眼可见亮星云(猎户大星云)、距离1500光年大犬座形如砍刀。主星(天狼)是全天最明亮的恒星小犬座星数很少。主星(南河三)是著名的一等昨一。它同参宿四和天狼星构成一个等边三角形双子座黄道星座。成两行排列。亮星有(北河二)和(北河三)、后者是一等星本区计有七颗一等星。几乎集中了北半球所见亮星的半数，群星荟萃，明星灿烂，是全于最壮丽的星区大熊星区（熊）大熊座北天最著名星座。七颗亮星排成“熨斗”形状，故称“北斗”。可用它的两颗指极星(天枢、天璇0来找北极星。民谚：“识得北斗，天下好走”牧夫座形如风筝。也像一条倒挂的领带。主星(大角)是北天头等亮星。正处在北斗七星柄的自然延伸线上狮子座黄道著名星座。形如雄狮。由头部的“镰刀”和尾部的三角形组成。主星(轩辕十四)是一等星。位于镰刀柄端，贴在黄道上室女座黄道星座。呈不规则的土字形。主星(角宿一)是一等星。南北两角(大角和角宿一)同轩辕十四，构成一个巨大的直角三角形天琴星座（琴）天琴座范围很小，主星(织女)是北天头等亮星。织女有四颗暗星组成一个菱形，是传说中织女用以织布的“梭子”天鹰座近天赤道和银河。主星(牛郎)中名河鼓二。它与西侧的二颗暗星组成“牛郎三星”。民间俗称“扁担星”。与织女星隔河相望天鹅座呈一明显的“十字形”。整个星座位于银河中。主星(天津四)是一等星。我国古代称此星座为“天津”(意即渡船)天蝎座著名黄道星座。形如张着两螯的巨蝎。主星(心宿二)是红色亮星，古称“大火”。心宿二与两侧的两颗暗星合称“心宿三星”人马座位于银河最明亮部分。是银河中心方向所在。东部六星组成“南斗”3、四季星空事实上一年中的任何季节都适宜观星，只是不同季节星座的出没情况不同。这里以北半球为例分述不同季节天空的主要星座。图2四瓣简明星图(1)春季星空春季出现的主要星座有：狮子、御夫、猎户、牧夫、室女等星座。大熊、御夫两星座分别位于子午圈的东西两侧，占有可见天空的中部、东部、西部和南部。天琴、仙后两星区一小部分可见，出现在北天的低空(图3)。偏东天空有大熊、狮子、室女和牧夫等星座。偏西天空有御夫、双子、金牛、猎户、大犬、小犬等星座，亮星较多。天顶附近有亮星北河三(双子座)南河三(小犬座)。狮子座最引人注目，初春的黄昏它便出现在东方，状如一匹伏着的狮子。在弯曲的狮子头上，有颗明亮的星，即主星轩辕十四。其东南面为室女座，其中有一蓝色的一等星，叫角宿一。南面为室女座，其中有一蓝色的一等星，叫角宿一。（2）夏季星空夏季出现的主要星座有：牧夫、武仙、天琴、天鹰、天鹅、天蝎、人马、室女等星座（图4）。天琴、大熊两星座分别位于子午圈的东西两侧，占有可见天空的中部、东部、西部和南部。仙后、御夫两星区一小部分可见，出现在北天的低空。偏东天空有天琴、天鹰、天鹅、天蝎和人马等星座。偏西天空有大熊、狮子、室女等星座，天顶附近有一个有5颗亮星组成的大风筝的星座，即牧夫座；风筝形尾部最亮且带浅红色的星就是大角星。7月，武仙座接近天顶，形如大蜘蛛，扑向北方。但武仙座没有什麽亮星。离武仙座东边不远，便是天琴座，它好像一个平行四边形，其北端是织女星，是蓝色的一等星。也是夏秋季节北天空最亮的一颗星。天琴座南偏东与织女星隔一银河的那颗星，就是天鹰座（河鼓二），俗称牛郎星。它由三颗星连成一线，中央一颗较明亮。从天琴座，武仙座传到南方是最注目的天蝎座，主星心宿二，是红色一等星，古称“大火”。在心宿二正东面黄道上，是人马座，它是银河坐标系的起始位置。辨认时，可先找银河，再找位于银河最密处的人马座。图3春季星空图4夏季星空（3）秋季星空秋季星空出现的主要星座有：天琴、天鹅、仙女、飞马、仙后、天鹰、天蝎、人马、南鱼等星座（图5）。仙后、天琴两星区分别位于子午圈的东西两侧，占有可见天空的中部、东部、西部、南部；御夫、大熊两星区一部分可见，出现在北方的低空。偏东的天空有仙后、仙女、飞马等星座；偏西天空有天琴、天鹅、天鹰、天蝎和人马等。天琴座和天鹅座长时间停留在天顶附近，天鹅座形如十字，其长轴的北端，唯一等星元津四。仙女座、飞马座及其所组成的大四方形的南方，有一较小的像躺下的勾一样的星座，便是南鱼座。“鱼头”有一红色的一等星，名北落师门。图5秋季星空图6冬季星空（4）冬季星空冬季，明亮的恒星最多，主要有仙后、英仙、金牛、御夫、双子、猎户、大犬、小犬等星座（图6）。御夫、仙后两星区分别位于子午圈的东西两侧，占有可见天空的中部、东部、西部和南部；大熊、天琴两星区一小部分可见，出现在北方的低空。偏东天空有金牛、御夫、双子、猎户、大犬、小犬等星座，亮星较多；偏西天空有仙后、仙女和飞马等星座。在仙女座的东面是英仙座，英仙座南面是金牛座，它的牛眼是一颗一等的红星，名叫毕宿五。金牛座东面的黄道上有一长方形的星座，叫双子座。其中有两颗亮星，一名北河二是淡蓝色的，一名北河三呈深黄色。南面的天空要算猎户星座组最美丽，它外形如一长方框，中央斜列着三颗光星，三星排列成一直线，形如猎人的腰带，它的肩上为红色的参宿四，膝部为蓝色参宿七，腰带三星的南面有一暗光雾点象征着猎人的剑，其实是猎户座的一团星云。由猎户的腰带三星直指东南部不远就是著名的大犬座得天狼星。天狼星、参宿四和南河三形成一个等边三角形，南河三在双子座两光星的南面。实验仪器及用品主要有天球仪、星图、手电筒和硬纸板做的喇叭形观测筒。手电筒最好用红布包住。有条件的学生可自备小型双目望远镜。实验内容及步骤1、选定好时间。一般应选定在月初或月末晴朗的夜晚。观察时要求“天空不明不暗”晴朗无云，天空有些月光。月光可以遮蔽暗黑，利于观察。2、选定好地点。选择合适的观察点，观察点居高临下，周围没有较高的障碍物和强烈的光线干扰；一般以高楼顶部或开阔的操场上为宜。3、室内认识并熟悉天球仪和星图等所要使用的仪器和设备，并初步掌握所要观测星座和天体的大致方位；4、现场巩固有关天穹、天球、天体、星座、星等、地球和天体运行的方向等概念；5、在首先找到和初步认识银河、北斗（仙后）和北极星的基础上，借助喇叭筒和手电筒的指引，分区逐个认识仙后（大熊）、仙女、天鹅、天琴、天鹰、飞马、双鱼、金牛、猎户、双子、御夫等主要星座。6、对大熊座（仙后）天球方位的变化进行观察前后的比较（观察开始时提醒学生注意），使学生理解和体会天体（天球）的运行。实验总结1、整理观察记录。2、绘出观测时主要星座的亮星连线图，认识主要星座。3、区别不同类型的天体。实验三、月球观测与月相变化规律性分析实验目的及要求1、通过望远镜直接观察月面，了解月面正面形态及其结构特征，印证有关月球表面结构特2、通过观测月相的变化及其出没时间和方位，掌握月相变化的