春分点:如果地球的自转轴直向左上方,为什么我在天球坐标上找到的春分点和秋分点刚好调转了??

关于天球参照系的通俗认识 - 天似穹庐 - 夕虹释的BLOG 12:35 | by   这篇文章所介绍的内容,可能是一名喜欢看星星的天文爱好者,升级为理论型天文爱好者的第一步台阶。在许多书籍中,为教识这些内容会列出许多张几何图形。但是,偶不想画图了,一来是因为偶的空间形象感本来就不是太好,偶总觉得用辅助线繁多的图来表示,这几个坐标系将会更加地混乱与难以理解;二来也是因为,精确地画出这些图,好像以俺的制图水平来说,需要大量的时间。所以,以下的介绍只是一个通俗的认识,与计算无关。不过,不可避免地,理解这篇文章需要几何学的初级知识作为您的背景知识。您需要知道什么是球,以及什么是角度。  首先,我们要建立起天球的概念。什么是天球呢?是天上有一个大圆球么?显然不是。  古时候,我们人类住在地球上,仰观天象,斗转星移。这容易让人觉得天空就像一个圆形的盖子,而大地是一个有着东南西北四个方向的方块形平板。(如果你身处在大草原上,这种感觉会更加强烈得多,其实“天似穹庐”这个词语,也表示的是“苍天如圆盖”的意思)。  后来,人类的认识扩展了,知道地球是一个圆形的球体,而宇宙是由三维空间和一维时间所组成。夜空中的点点繁星,是一颗颗远离我们的“太阳”。他们并不是先前所认为的挂在圆盖上的珍珠,而是分布在广漠时空中,与我们的距离远近不一的大大小小的星体。  然而,从地球上看繁星,实在是太过遥远了,我们无法获得直观的距离感,所以天空看起来就像是一块黑色的幕布,而所有的星星都像是挂在这个幕布的背景之上。又由于地球是一个圆球,人们通过感性认识与想象,就把天空也假想成是一个半径无穷大的圆球。因为是从人类观察的角度出发,所以这个大圆球以地球为球心。并且,人们在这个圆球之上建立起辅助用的坐标系,以表征各个星体的位置。这样,就有利于我们的观测与研究。  综上,天球和坐标系,其实都是我们对于天空上的想象,以辅助我们进行学习与科研的,它们并不是天体与生俱来的属性。它们是为人类更好地观察星空,更好地记录天体的位置而服务的。但它们有一个缺陷是,不能表示星体与地球的远近距离,因为星体不论远近,都被投影成是天球背景上的点。  我们经常用到的天球坐标系有三种。  最直观的是地平坐标系。  当我们认识地平坐标系的时候,头脑越简单越好。就把自己想象成啥也不懂的原始人,生活在大草原上,身上还带着毛,嘴里咬着半只活兔子(好像扯远了)。天圆地方,圆盖似的苍天碗一样地扣在木板一样平坦的大地上。这个时候,原始人直立着,它的头顶正上方所对应的天空的一点就是天顶;它的脚底穿透像平板一样的大地,对应着的天空的另一点,即天底。  有了大地平板(本概念纯属我个人为理解需要而虚构,与科学概念无关。)和天顶、天底的概念以后,就可以引出高度(也叫地平纬度)的概念。天与地相交的地方,其高度就是0°,而天顶和天底的的高度分别是+90°和-90°,于是,天球上的星体的高度,就可以用-90°到+90°之间的数值来表示了。这个概念在我们观测水星或金星时常常被用到,当水星或金星的地平高度角较大时,我们就容易看到它们。  有了高度还不足以确定一颗星的具体位置,因为还要指出它的方向才行。在地平坐标系中,这个方向用“方位角”来表示:以正南方向为0°,以正北方向为180°,向东为负,向西为正。例如正东方向就是-90°,正西方向就是+90°。  然后,问题来了。地球是一个球体,人坚实地站在球上,而不是平板上。所以,地平坐标系与人所处的地理位置有着决定性的关系。站在地球上不同位置的人所建立的地平坐标系各不相同。南极的企鹅和北极的熊,它们所建立的地平坐标系是恰恰相反的。  赤道坐标系也不是很难理解,需要对地理学上的经纬坐标有所认识。  当我们认识赤道坐标系时,我们把自己想象成神!地球和天球是两个同心的球,然后我们鼓着腮帮子往地球里面吹气(当然你也可以选择用打气筒),于是地球就像气球一样慢慢变大,最后终于和天球重合了。这个时候,地球上的经纬坐标就被刻到了天球上,把地理学上相应的概念换成天文学的概念就可以了。  赤道,变成了天赤道。南极和北极,相应地就变成了天南极和天北极。  在赤道坐标系中,纬度的规定与地理学的地球纬度的规定是一样的。从天赤道开始,向北为正,向南为负,各是90°。  我们知道,地球上的0°经线被规定为穿过英国格林尼治天文台的那条经线,而赤道坐标系既然是天空中的坐标系,当然也是以穿过某一特定位置的经线作为基准线。这条经线,便是穿过“春分点”的那条经线。春分点的概念与后面介绍的黄道坐标系中的一些概念有关。稍后再说明。可以先这么感性地认识一下,目前的春分点大约位于双鱼座境内,每年春分这一节气的时候,昼夜平分,我们观察太阳在天空中运行,就要经过春分点。与春分点相对应,还有一个概念是秋分点。它是在秋分节气时,太阳要经过的一个点。  地理学上,我们区别东经与西经。但在天球上,我们没有这个区别,赤道坐标系以穿过春分点的特殊经线为起始,自西向东进行经度的规定。从0h0m0s开始,一直到23h59m59s。我们知道,角度的规定通常是以度(°)/分(')/秒(")为计量单位的,但在这里用的却是时/分/秒。这是为什么呢?原来,地球每24小时自转一周,它转过的角度与时间就可以一一对应起来,所以用时/分/秒,所计量的也是角度。如果换算起来,那就是:1h=15°,1m=15',1s=15"。  在赤道坐标系中,固定天体的位置是固定的,观测者不会因为各自所处的位置不同而得出不同的坐标,所以它被广泛地应用于天文学中。  最后,稍复杂一点的是黄道坐标系。我们可以通过以上两种坐标系的认识方法,相对比地来认识黄道坐标系。  在认识黄道坐标系时,我们还是神。并且,这个神要位于高高的九天之外,可以俯看整个太阳系。当我们变成为这样的神之后,我们激动地看到,原来,太阳系的八大行星和太阳,差不多是位于一个平面之上。这时,我们就得到了一个基准的认识平面,就像我们在认识地平坐标系时的那个大地平板一样。所不同的是,这次的平面,有一个堂而皇之的科学称谓,叫黄道平面。在地平坐标系中,我们认识了天顶和天底两个点,它们的连线垂直于基准平面。与之相应,在黄道坐标系中,连线与黄道平面相垂直的天球上的两个点,被称“北黄极”和“南黄极”。  在认识赤道坐标系时,我们把地球吹大,经纬刻度翻录到天球上。这次,我们把黄道面扩大,一直延伸到天球上,刻出一个圆圈。这个圆圈,就成为纬度计量的基准,叫做“黄道”(其黄纬为0°),其他纬线的度量,以向北的方向为正,以向南的方向为负,各有90°。其实从地球上观测,太阳一天在天空中所划出的圆形轨道,这就是黄道了(是一整个圆圈而并非是半圆形的弧线,因为你在睡觉时,太阳还在地球的另外半面含辛茹苦地画着黄道的路径呢)。我们通常所说的黄道十二星座,就是位置处于这条黄道之上的十二个星座。  在黄道坐标系中,经线的度量与赤道坐标系相同,以经过春分点的经线为起始基准,自西向东度量。不同的是,在黄道坐标系中,选用了更常用的角度计量单位度/分/秒,从0°一直到360°。  我们在谈到太阳系内行星或者是太阳时,有时会说某星与某星黄经相同,其实这句话可以粗略地等同于说,它们位于同一条直线上,并且位于以地球为基准的同一方向。这是因为太阳和八大行星几乎是位于一个平面(黄道面)之内,它们的黄纬相差不多,黄经相同就意味着它们的位置大体相同。  最后补充说明一下春分点、秋分点以及黄赤交角这三个天文学上十分著名的概念。上文说过两个著名的圆圈,一个是刚才说的黄道,另一个是在赤道坐标系中的天赤道。这两个圆圈在天球上相交于两个神秘的点。这两个神秘的点也就是大名鼎鼎的春分点和秋分点了。在天文学上,春分点和秋分点被名正言顺地定义为黄道和赤道的交点。而黄道和赤道的交角,就是有名的黄赤交角,其数值约等于23°26'。由几何知识可知,这个角度也等于地球自转轴的倾斜角度,所以,我们平常所见的地球仪,其上的地球都不是正着放的,而是以23°26'的倾角斜立着的。 引用地址: 注意: 该地址仅在今日23:59:59之前有效 主要是。。。你问的问题,牵涉面太大,干脆写一篇出来供千人共享,大家同看了。。。不过,目前的流量好像达不到这个目的,还是被你赚到了,嘻嘻! 我倒。。。第一次写的时候已经交待清楚了,第二次重写的时候又漏了。。。现在已经补上了,在最后一段。“黄道”之所以叫“黄道”,很简单地因为太阳是金黄色的。。。与之相对应的是,月亮在天空中走过的轨道,被称为“白道”。还有,聚集在一起做一些不正派行当的人们,被列为“黑道”人士。。。 多谢游客留言:)……(没词了)我是大菜鸟。。。呱呱。。。 本人才疏学浅,不敢称高手。呵呵。黄赤交角变化会引起地球上寒、温、热带分布的变化,与地球的公转周期没有什么直接的联系。回归年的长短取决于地球的公转周期。当前位置: >> 地球概论---地理坐标与天球坐标 地球概论电子教案制作:华东师范大学地理系 束炯、李莉出版:高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社East China Normal University 地球概论电子教案Essentials of Globe制作:束炯 李莉 华东师范大学地理系
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高 等 教 育 出 版 社East China Normal University出版高等教育电子音像出版社 使用说明本电子教案,是为了方便教师与学生学习《地球概论》 (金 祖孟主编. 北京:高等教育出版社,1997年第三版)而设计制作的。 《地球概论》是地球系统科学基本物理框架的重要组成部分, 是高等师范院校地理专业的第一门基础课。《地球概论》的任务, 首先在于为所有地理专业的一系列课程提供关于地球系统科学的 基本知识,特别是提供同太阳辐射能在地球表面上的分布和变化 以及与地球运动参数有关的天文知识。 由于许多学校都采用这本教材,该教材至今已经历八个印次。 为了便于教学,我们基本上按照原教材的体系,安排教学内容。 依然分为六章,即第一章――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。East China Normal University 本电子教案把与教学内容密切相关的图表、照片以及一些动 画分门别类,加以组合,并给出了简要的说明。主要是为授课提 供一个基本的思路、框架、体系和一些最基本的素材,教师在授 课时可以根据自己的理解和掌握的材料进行调整与修改。电子教案由束炯设计,束炯、李莉制作, 在图片的绘制过程 中,华东师范大学地理系研究生黄嫣F、段玉森、2000级本科生 顾莹、张国钦、邱云峰、余韬同学付出了辛勤的劳动。本教案的 制作得到了教育部理科人才培养基地和华东师范大学教改基金的 资助。高等教育出版社徐丽萍副编审也给予热情的鼓励与支持。 在电子教案出版之际,谨对所有关心和支持这项工作的单位和个 人表示衷心的感谢! 虽然教案的设计几经修改,但鲁鱼亥豕,应不能免,敬请广 大教师和使用者批评指正。联络信箱: jshu@geo.。East China Normal University 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? 地理定位的需要?二直线相交于一点; ?每地点都可看作是特定经线和纬线交点。East China Normal University ? 经线和纬线都是地球上的圆 ? 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。East China Normal University ? 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)。East China Normal University 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East China Normal University 英国Greenwich天文台,现为 天文台内展出早期的天文望远镜、 天文博物馆 星象图和天文钟等East China Normal University 通过Greenwich天文台内古老的 天文望远镜观察宇宙脚跨东西半球, 即通过Greenwich 天文台的本初子午线(0°经线)。East China Normal University 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。East China Normal University ? 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; ? 东西方向与地球自转相联系; ? 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。East China Normal University 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。East China Normal University ? 角距离与线距离的简单换算关系 ? 海里: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。East China Normal University 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; ? 纬度在本地经线上度量,南北纬各分90度。East China Normal University ? 经度:本地子午面的东西方向和角距离? 经度是两面角,本初子午面为起始面; 本地子午面为终面; ? 经度通常在赤道上度量,东西经各分 180度。East China Normal University 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。East China Normal University ? 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。East China Normal University 图1-5 经线的间隔随纬度增大而减小East China Normal University ? 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East China Normal University ? 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:北京40? 116? N, EEast China Normal University 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。East China Normal University 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 ? 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 ? 是半球和扁球。East China Normal University 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。East China Normal University ? 天球的视运动? 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; ? 天球周日运动; ? 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。East China Normal University 1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。East China Normal University 春:中天狮子太阳 飞马 夏:天蝎中天^太阳 猎户& &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。East China Normal University ? 太阳同时参与两种相反的运动:? 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。East China Normal University 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。East China Normal University ? 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); 右:黄道与天赤道的交点(二分)和远距点(二至点和无名点)East China Normal University ? 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。East China Normal University ? 大圆的大距点:? 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; ? 天赤道对于黄道:无名点。East China Normal University ? 天球上的方向和距离?方向:地球上方向的延伸;?东西方向:俯视,逆钟向为东;?距离:只有角距离。East China Normal University 图1-12 天球上的距离East China Normal University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 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。East China Normal University ? 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,向西; ? 左旋坐标系:与太阳周年运动(地球 公转)联系,向东。East China Normal University ? 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)。East China Normal University 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)。East China Normal University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 ”)。East China Normal University 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。East China Normal University ? 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”)。East China Normal University 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East China Normal University ? 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”)。East China Normal University 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。East China Normal University 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;?? 二者的具体差异与当地的纬度有关;?? 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;?? 仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。East China Normal University 图1-23 第二赤道坐 标系和黄道坐标系第二赤道坐标系和黄道坐标系:赤经和黄经都向东度量:有 共同的原点(春分点)。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈,春 分圈为始圈;黄道坐标系以黄道为基圈,以无名圈为始圈。所以, 赤纬不同于黄纬,赤经不同于黄经。East China Normal University 图1-24 第一赤道坐标系 和第二赤道坐标系 ?? 基圈相同(天赤 道)因而有相关的纬度 (赤纬)但始圈不同, 因而时角不同于赤经; ?? 二者的具体差异 于当时的恒星时有关; ?? 恒星时即春分点 的时角,或上点的赤经。 天体赤经+天体当时时 角=当时恒星时 S(恒星时)= tr(春分点时角) S(恒星时)= t*(恒星的时角)+a* (恒星的赤经) 恒星中天:t* = 0 则S(恒星时)= a*(恒星中天的 赤经)East China Normal University East China Normal University 地球概论第三版 金祖孟编著_全部习题答案_天文/地理_自然科学_专业资料。第一章 (地理坐标与天球坐标)参考答案 1.1 1.2 2.1 2.2 地理坐标:纬线和经线、纬...地球概论课后习题答案_哲学_高等教育_教育专区。地球概论课后习题答案 第一章(地理坐标与天球坐标)参考答案 1.1 1.2 2.1 2.2 地理坐标:纬线和经线、纬度和经...地球概论第三版课后练习参考答案第一章(地理坐标与天球坐标)参考答案 1.1 地理坐标:纬线和经线、纬度和经度、整圆与半圆…… 1.2 地球上的方向(地平面) :...《地球概论》教案主讲 孙汉群 江苏教育学院地理系 1 第一章 地理坐标与天球坐标 【教学目的】 了解地球位置的表示方法(地理坐标)和天球上位置的表示方法(天球坐...《地球概论》考试大纲 第一章 地理坐标与天球坐标 本章主要内容: 第一节 地理坐标 一、经线和纬线 二、经度和纬度 第二节 天球坐标 一、天球 二.球面坐标模...地球概论_习题答案_理学_高等教育_教育专区。地球概论_全部习题答案 第一章 (地理坐标与天球坐标)参考答案 1.1 1.2 2.1 2.2 地理坐标:纬线和经线、纬度和...《 地球概论 》课程教学大纲课程代号: 课程代号: 总学时: (讲授/理论 50 学...地理坐标与天球坐标 10 8 2 2 地球及其运动 14 14 3 地球的宇宙环境 14 ...《地球概论》教学大纲课 程英文名称: General Theory of Earth 课程代码: ...教学难点:区别各种天球坐标系。 教学要求 :本章主要学习地球和地理坐标 ,在此...2012《地球概论》教案-龙晓泳_理学_高等教育_教育专区。《地球概论》教案-龙晓泳...坐标系统 熟悉球面坐标系的构成要素 掌握地理坐标系的特点 掌握四大天球坐标系的...《地球概论》考试大纲第一章 地理坐标与天球坐标 本章主要内容: 第一节 地理坐标 一、经线和纬线 二、经度和纬度 第二节 天球坐标 一、天球 二.球面坐标... 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