天体和天球及其坐标系统.ppt

1、第二章 天体和天球及其坐标系统,天球是存在中心的 选择不同的天球中心： 观测者 观测者天球 地 心 地心天球（主要用于表示太阳系外天体的是运动和视位置） 日 心 日心天球 （主要用于表示太阳系内天体的是运动和视位置） 天球的半径是任意的 它包容一切，不论天体如何遥远，天球上总有它的位置 在同一视线上的不同远近的星球，在天球上的视位置是重合的 所有互相平行的直线向同一方向延长，和天球交于一点 这是因为天球半径无限大，所以观测者的任何位移都比圆球半径小得多,几个天球相关的性质,上节课主要内容回顾,建立球面坐标的三个条件,选择一条通过球心的直线作为基本轴，或选择一个特定的大圆作为基本大圆。基本轴与基

2、本大圆垂直，基本轴与球面的交点就是基本大圆的极； 选择球面上除极点外的任一点作基本点； 约定坐标量度的方法和范围,球面坐标的基本要素,地球坐标系统的基本要素,几种坐标系的比较,作业1：根据球面三角的公式，推导已知天体高度h，方位角A和地方纬度，计算它的赤纬和时角t的方程？,2.3 天体的周日运动和太阳的周年运动,地球自转从北往下看是逆时针方向，从南往上看是顺时针方向方向（地球自转.swf）。人站在地球上，不觉得地球自转，只看到天球在反方向旋转，每24小时旋转一圈，称为天球的周年视运动。所有的天体都参与周日运动。在不考虑天体自身运动的情况下，所有天体均沿着与赤道平行的小圆绕天极旋转，这样的小圆称

3、为周日平行圈。只有赤道上的天体才沿赤道做大圆运动。南北两极不参加周日视运动。,用相机对准北天极方向曝光一个小时左右成像图。途中的亮线对应各天体绕天极旋转的轨迹。,不同纬度的周日运动 在不同纬度观测天体，所见的天球范围和周日圈情况是不同。,根据天球上坐标转换公式，对于北极星，始终有： =90，即sinh=sinh= 北极 站在北极，此时地理纬度=90, 即h=90。在这种情况下，赤道就是地平圈，也即所有的天体都沿着水平的小圆运动，不升也不落。 2. 人站在赤道 在赤道处地理纬度=0,即h=0,也即北极星在地平线上，赤道通过天顶。所有的天体，包括太阳，都直上直下的运动，在地平线以上的时间和在地平线

4、以下的时间一样，都是12个小时，一年四季都昼夜平分。,3. 人站在任意纬度处 当人站在任一纬度处，此时有h=。 赤道以北的天体(0),从东偏北升起，从西偏北处落下，在地平线以上的时间大于在地平线以下的时间;在赤道以南的天体(0)，从东偏南处升起，从西偏南处落下，在地平线以上的时间小于地平以下的时间。,根据时角坐标和第一赤道坐标的转换公式有： 上中天时 t=0 Sinh=sinsin+coscos sinh=cos(-) h=90-|-| 下中天时t=180 Sinh=sinsin-coscos sinh=-cos(+) h=-90+|-|,天体在地平面上方（h0）为可见天体。 在北半球，0,

5、满足条件为90-的天体，在下中天时h仍大于0，即在一天当中高度最低的时候仍然在地平线以上，不落入地下，这类天体称为永不落天体;满足条件(90+),2.2.2.7太阳的周年视运动,太阳的周年视运动是地球绕太阳公转运动的反映。下图是一幅日心天球图，图中地球在绕太阳公转，它的自转轴始终在空间取向不变，于是自转轴向外一直延伸交天球于北天极P和南天极P,地球赤道向外延伸形成天赤道，地球公转轨道向外延伸形成黄道。黄道与天赤道教育春秋分两点。其中春分点是太阳周年视运动的升交点，即太阳从天赤道南进入天赤道北的交点，这一过程中太阳的赤纬不断增加;秋分点是太阳周年视运动的降交电，即太阳从天赤道北进入天赤道南的交点

6、，这一过程中太阳赤纬不断减小。,思考题：根据定义，春分、夏至、秋分和冬至点的赤纬分别为多少？,0，2326，0，-2326,太阳在天球上做周年视运动时，它依然跟随天球做周日视运动。对于北半球中纬度地球的观测者而言，从下图可以看出：夏至时太阳沿赤纬等于2326的周日平行圈绕天极旋转，它从东北方向升起，西北方向落下，大部分运行路径在地平圈上，此时昼长夜短;冬至时，太阳沿赤纬等于-2326的周日平行圈绕天极旋转，它从东南方升起，西南方落下，小部分运行路经在地平圈上，此时昼短夜长。只有春分和秋分时，太阳从东点E升起，从西点W降落，在地平圈以上和以下的运行时间一样长，此时昼夜等长。,太阳周年视运动的方向

7、与地球公转的真实方向是一致的，也与地球的真实方向是一致的。但是在天球上看到的太阳周日视运动的方向与地球的周日视运动方向刚好相反，也就是说在天球上看到的太阳周年视运动的方向与周日视运动的方向刚好相反。太阳参与周日视运动，是东升西落，自东向西；同时太阳相对于星空背景的周年视运动，是自西向东。,正是因为有了太阳周年视运动，才有四季星空的变化。下图给出：狮子、天琴、飞马和猎户四季星空中著名的星座，太阳沿箭头所示方向做周年视运动，中央的圆代表地球，对着太阳的一面是白天，背着太阳的一面是黑夜。地球上站着一个半夜看星的人。春季里，太阳在飞马座附近，半夜时，人们当空看到的是狮子座；夏季时，太阳移到猎户座，半夜

8、当空的是天琴座；秋季里，太阳在狮子座中，飞马座称为半夜星空的主角；到冬季，太阳移向天琴座，人们半夜见到的猎户座。,同样，一夜之间星空也会发生变化。,冬季和夏季主要是由于太阳入射角不同照成的。,对于北半球的居民，最冷的时候并不是离太阳最远的时候！,地球绕日公转时过近日点的日期只比冬至时晚10天。,由于地面和低层大气需要有一个逐渐散热降温或积蓄能量的滞后过程，故最冷和最热的时候并不是在冬至和夏至，而是在其后一个月。,太阳的白夜和黑昼,白夜是指夏至前后，夜晚太阳到达下中天位置时，它仍留在地平面以上，此时整个夜晚如同白昼，故称白夜。黑昼则是指冬至日前后，太阳在上中天时扔在地平线一下，故整个白天天空漆黑

9、一片，称为黑昼。,思考：在北半球什么部分有可能出现白夜和黑昼？,形成白夜的条件即太阳永不落的条件，有：90-。在夏至前后，太阳可能的最大赤纬为 2326，即2326。于是有: 90-90-2326=6634。 形成黑昼的条件即太阳永不升的条件，有-(90-)=-90，即： 90+,而-2326,于是有90+90+（-2326）=6634。 从推导可以看出，纬度越高的地区，将可能出现更多的白夜或者黑昼。在北极地区，从秋分到春分这半年中，太阳一直无法升到地平线上，这半年都为白夜。,思考题：讨论在北半球纬度2326的地区太阳的高度h的情况？,根据高度的计算公式h=90-|-|，可知在 2326,h

10、90,即存在太阳在天顶的情况。,地理带的天文标志,于是我们可以得到地理带的天文标志：在寒带太阳有不落的日子，也有太阳不升的日子；在热带太阳有时候在天顶，但平均高度较高。在温带太阳每天上升，每天下落，但永远不到达天顶；太阳的高度比热带低，但比寒带高。,作业1：根据球面三角的公式，推导已知天体高度h，方位角A和地方纬度，计算它的赤纬和时角t的方程？,作业2：南京一对夫妇看中了南京市某小区一栋小高层楼二楼中部一套房，小区环境优美，交通方便，他们看中的这套房朝向正南方，面积适中。缺陷是正南不远处正好有一栋东西方向上的小高层挡住了阳光，冬季阳光明显不足。经实地测量，南边那栋楼二楼（与他们拟购的那套房处于

11、同一水平面上）以上的高度和到他们那套房的南北向楼距比例为1:1.1。请粗略估算下，他们这套房从秋分到次年春分（约180天）有多少天见不到太阳？（南京的纬度为3203）,黄道带,太阳的周年视运动的运动轨迹为黄道。黄道在天球上市固定的，它穿过十二个星座，这十二个星座叫做黄道十二宫。每隔30便是一宫，太阳每一个月通过一宫，每宫都有专门的符号和名称。,太阳运动的不均匀性,太阳运动所经过的途径，在(3月21号-9月22号)中间走过了180度，恰好和（9月23日-3月21日）走过的度数一样。可是我们可以计算一下，春季和夏季一共经过了186天，而秋季和冬季只经过了179天。这就是说，秋季和冬季，太阳在天球上运动得较快，而春季和夏季运动得较慢。在1月4日附近太阳移动得最快(每天11)，而在7月4日附近移动得最慢（每天57）。这主要是由地球绕太阳公转不均匀引起的。,思考：为什么太阳绕地球公转不均匀？应该怎么解释？,这是由于地球绕太阳公转的轨道为一椭圆。太阳位于椭圆的一个焦点上。根据开普勒第二定律可知，地球到太阳的联系在单位时间内扫过的面积相等。因此，地球在近日点附