第1章 地理坐標與天球坐標

1、第1章 地理坐標與天球坐標 第第1節(jié)節(jié) 地理坐標地理坐標第第2節(jié)節(jié) 天球坐標天球坐標本節(jié)學習重點本節(jié)學習重點經線和緯線、經度和緯度經線和緯線、經度和緯度地球上的方向和距離；地球上的方向和距離；天球的視運動（周日視運動、周年視運動）天球的視運動（周日視運動、周年視運動） ；地平坐標系（方位、高度）；地平坐標系（方位、高度）；第一赤道坐標系（赤緯、時角）（時角坐標系）；第一赤道坐標系（赤緯、時角）（時角坐標系）；第二赤道坐標系（赤緯、赤經）（赤道坐標系）；第二赤道坐標系（赤緯、赤經）（赤道坐標系）；黃道坐標系（黃緯、黃經）；黃道坐標系（黃緯、黃經）；五圈十點；恒星時；五圈十點；恒星時；各種坐標系的

2、區(qū)別。各種坐標系的區(qū)別。第第1 1節(jié)節(jié) 地理坐標地理坐標第第1章章 地理坐標與天球坐標地理坐標與天球坐標緯線緯線(parallel)經線經線(meridian)一切垂直于地軸的平面同地球一切垂直于地軸的平面同地球表面相割而成的圓圈。表面相割而成的圓圈。一切通過地軸的平面同地面相一切通過地軸的平面同地面相割而成的圓，被兩極分成兩個割而成的圓，被兩極分成兩個1801800 0的半圓。的半圓。所有的緯線都和赤道平行；所有的緯線都和赤道平行；指示東西方向；指示東西方向；緯線的長度各不相同，赤道緯線的長度各不相同，赤道是最大的緯線圈，是唯一的大是最大的緯線圈，是唯一的大圓。越往兩極緯線圈越小，到圓。越往

3、兩極緯線圈越小，到了兩極，縮小成點；了兩極，縮小成點；只有赤道才能把地球平分為只有赤道才能把地球平分為南北兩個半球。南北兩個半球。所有的經線都和赤道所有的經線都和赤道(equator)垂直；垂直；指示南北方向；指示南北方向；所有的經線長度都相等，約所有的經線長度都相等，約為為2 2萬萬KMKM；每兩條相對的經線都形成一每兩條相對的經線都形成一個經線圈，而任何一個經線圈個經線圈，而任何一個經線圈都把地球平分成兩個半球。都把地球平分成兩個半球。經線和緯線經線和緯線本初子午線本初子午線：通過英國通過英國Greenwich(格林尼治格林尼治)天文臺的天文臺的0經線（經線（1884年確定）。年確定）。英

4、國Greenwich天文臺,現為天文博物館腳跨東西半球, 即通過Greenwich 天文臺的本初子午線(0經線)。 通常指地平方向；通常指地平方向； 南北方向（經線方向），有限方向；南北方向（經線方向），有限方向； 東西方向（緯線方向），無限方向；東西方向（緯線方向），無限方向； 理論上亦東亦西；實際上非東即西。理論上亦東亦西；實際上非東即西。 地球上的方向地球上的方向 我國傳統(tǒng)上把正午太陽所在方向定為正南，而把日出日落的方向視為東西方向； 東西方向與地球自轉相聯系； 在用時針的方向表述地球自轉方向時，必須明確觀測者是立足于哪個半球觀測地球自轉的。地球上的方向與地球自轉地球上的方向與地球自轉中

5、天中天：天體在周日視運動中，當它越過觀測者子午圈的瞬間，叫：天體在周日視運動中，當它越過觀測者子午圈的瞬間，叫中天。天體在一日內有二次中天，其中離天頂較近的一次叫上中中天。天體在一日內有二次中天，其中離天頂較近的一次叫上中天，這時它的地平高度最大；離天頂較遠近的一次叫下中天。天，這時它的地平高度最大；離天頂較遠近的一次叫下中天。十二支表示地平方向。其中十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯酉表示東子午表示南北，卯酉表示東西。西。地球自轉方向地球自轉方向向東。在向東。在北半球看，呈逆時針方向；北半球看，呈逆時針方向；在南半球看，呈順時針方在南半球看，呈順時針方向。向。 海里：經線1分的弧長；

6、兩地間弧分數=其長度的海里數，由此推出經線的全長：60海里180=10 800海里； 赤道的周長：60海里360=21 600海里。角距離與線距離的簡單換算關系角距離與線距離的簡單換算關系 是經線和緯線的“編號”，本身代表一種角度 緯度：一地相對于赤道平面的南北方向和角度 緯度是一種線面角，即本地法線與赤道平面的交角； 緯度在本地經線上度量，南北緯各分90度。 經度：本地子午面的東西方向和角距離 經度是兩面角，本初子午面為起始面；本地子午面為終面； 經度通常在赤道上度量，東西經各分180度。經度和緯度經度和緯度 緯度是線面角，即本地法線與赤道平面的交角；緯度是線面角，即本地法線與赤道平面的交角

7、； 經度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。經度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。經線的間隔隨緯度增大而減小 經線都是大圓，緯度間隔大體相等： 1約折合111km。 緯線是大小不等的圓 經度的間隔，隨緯度增高而減??； 與緯度的余弦成反比。經（緯）度與經（緯）線經（緯）度與經（緯）線經度和緯度用來區(qū)分不同的經線和緯線；經度和緯度用來區(qū)分不同的經線和緯線；經線即等經度線，緯線即等緯度線。經線即等經度線，緯線即等緯度線。一地的經度和緯度相結合，叫做該地的地理坐標一地的經度和緯度相結合，叫做該地的地理坐標 同地理坐標相聯系的有三個大圓 赤道（橫軸）； 本初子午線（縱軸）； 本地子午線。

8、書寫按慣例 先緯度，后經度； 數字在先，符號在后。 例：北京40N, 116E在墨卡托投影圖上的經緯線。經線互相平行，緯線間隔由赤道向兩極在墨卡托投影圖上的經緯線。經線互相平行，緯線間隔由赤道向兩極增大，以致格陵蘭島比南美洲還大。增大，以致格陵蘭島比南美洲還大。第第2 2節(jié)節(jié) 天球坐標天球坐標1、天球、天球 天球天球是以地心為球心、以是以地心為球心、以任意遠為半徑的一個假想的球任意遠為半徑的一個假想的球體，天文學用作表示天體視運體，天文學用作表示天體視運動的輔助工具。天球可分為動的輔助工具。天球可分為地地心天球心天球和和日心天球日心天球。天穹是人。天穹是人們所能直接觀測到的地平之上們所能直接觀

9、測到的地平之上的半個球形的天空。可見，天的半個球形的天空?？梢?，天穹有別于天球。前者是半球、穹有別于天球。前者是半球、扁球；后者是整球、圓球。扁球；后者是整球、圓球。天球和天穹天球和天穹天球示意圖天球示意圖 天球的半徑是任意的，所有天體，天球的半徑是任意的，所有天體，不論多遠，都可以在天球上有他們的不論多遠，都可以在天球上有他們的投影投影天球視運動天球視運動對于地球觀測者，天對于地球觀測者，天球圍繞我們以與地球球圍繞我們以與地球自轉相反的方向（向自轉相反的方向（向西），和相同的周期西），和相同的周期（1日）旋轉。這種日）旋轉。這種視運動被叫做視運動被叫做天球周天球周日運動日運動。天體周日運。天

10、體周日運動行經的路線叫動行經的路線叫周日周日圈圈。從下圖可以看出。從下圖可以看出，天體愈近天極，其，天體愈近天極，其周日圈愈??；離極愈周日圈愈小；離極愈遠，周日圈愈大。遠，周日圈愈大。 太陽周年運動太陽周年運動方向向東方向向東(與地球公轉方向相同與地球公轉方向相同),其視行路線被稱為其視行路線被稱為黃道黃道。春：中天獅子 太陽 飛馬夏：天蝎中天 太陽 獵戶秋：飛馬中天 太陽 獅子冬：獵戶中天 太陽 天蝎夜半中星隨季節(jié)的變化夜半中星隨季節(jié)的變化這是地球公轉的反映。由夜半中星的這是地球公轉的反映。由夜半中星的變化間接推出太陽周年運動。變化間接推出太陽周年運動。天空中的太陽同時參與兩天空中的太陽同時

11、參與兩種相反的運動：一種是由種相反的運動：一種是由于地球自轉而隨同整個天于地球自轉而隨同整個天球的運動，方向向西，日球的運動，方向向西，日轉一周；另一種是由于地轉一周；另一種是由于地球公轉而相對于恒星的運球公轉而相對于恒星的運動，方向向東，年巡天一動，方向向東，年巡天一周。周。 天球的視運動天球的視運動左：地球公轉和太陽周年運動，二者都向東左：地球公轉和太陽周年運動，二者都向東右：地球自轉和天球周日運動，前者向東，右：地球自轉和天球周日運動，前者向東，后者向西后者向西 天球上的圓和點天球上的圓和點天球大圓的交點和遠距點天球大圓的交點和遠距點 左左: :地平圈與天赤道的交點（東、西）和遠距點地平

12、圈與天赤道的交點（東、西）和遠距點( (南、北、上、南、北、上、下下) )；右；右: :黃道與天赤道的交點（二分）和遠距點（二至點和無黃道與天赤道的交點（二分）和遠距點（二至點和無名點）名點） 三個基本大圓：地平圈，天赤道，黃道； 大圓的極點：地平圈兩極：天頂和天底；天赤道的兩極：天北極和天南極；黃道的兩極：黃北極和黃南極。 大圓的交點：天赤道交地平圈：東點和西點；黃道交天赤道：春分點和秋分點。 大圓的大距點：地平圈對于天赤道：南點和北點；天赤道對于地平圈：上點和下點；黃道對于天赤道：夏至點和冬至點；天赤道對于黃道：無名點。天球上的方向和距離天球上的方向和距離方向：地球上方向的延伸；方向：地球

13、上方向的延伸；東西方向：俯視，逆鐘向為東；東西方向：俯視，逆鐘向為東；距離：只有角距離。距離：只有角距離。天球上的距離天球上的距離2、球面坐標系概說、球面坐標系概說 以基圈、始圈和終圈構成一球面三角形；以基圈、始圈和終圈構成一球面三角形；縱坐標即緯度；縱坐標即緯度；橫坐標即經度。橫坐標即經度。天球坐標系的一般模式天球坐標系的一般模式兩大類天球坐標系兩大類天球坐標系 右旋坐標系：與天球周日運動（地球自轉）聯系，向西； 左旋坐標系：與太陽周年運動（地球公轉）聯系，向東。3、地平坐標系、地平坐標系 用途：表示天體在天空中的高度和方位； 圓圈系統(tǒng)：地平圈，子午圈，卯酉圈； 基本要點：基圈：地平圈；原點

14、：南點；始圈：午圈；緯度：高度；經度：方位 (0到360度，自南點向西沿地平圈度量）。地平坐標系的圓圈系統(tǒng)：地平地平坐標系的圓圈系統(tǒng)：地平圈上圈上4個相距個相距90的點：東、的點：東、南、西、北點；得到子午圈南、西、北點；得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）。東、西點）。天體的地平坐標：高度天體的地平坐標：高度和方位和方位4、第一赤道坐標系、第一赤道坐標系(也稱時角坐標系也稱時角坐標系) 用途：用于時間度量； 圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時圈； 基本要點：基圈：天赤道；原點：上點；始圈：午圈；緯度：赤緯；經度：時角（經圈改稱時圈）自上點沿天赤道向西度量（為使

15、天體的時角“與時俱增 ”）。上圖第一赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。上圖第一赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上天赤道上4個相距個相距90的點：東、的點：東、西、上、下點；得到子午圈和六時西、上、下點；得到子午圈和六時圈。圈。下圖天體第一赤道坐標系：下圖天體第一赤道坐標系：赤緯和時角赤緯和時角5、第二赤道坐標系、第二赤道坐標系 (也稱赤道坐標系也稱赤道坐標系) 用途：表示天體在天球上的位置； 圓圈系統(tǒng)：天赤道，二分圈和二至圈； 基本要點：基圈：天赤道；原點：春分點；始圈：春分圈；緯度：赤緯；經度：赤經，自天赤道向東度量（為使春分點沿天赤道向東度量，即當時的“恒星時”）。下圖第二赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。下圖第二赤

16、道坐標系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上天赤道上4個相距個相距90的點：二的點：二分點和二個無名點；得到二分圈分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。和二至圈。 上圖天體第二赤道坐標系：上圖天體第二赤道坐標系：赤緯和赤經赤緯和赤經6、黃道坐標系 用途：表示日月行星的位置及其運動； 圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（通過春分點的黃經圈）和二至圈； 基本要點：基圈：黃道；原點：春分點；始圈：無名圈；緯度：黃緯；經度：黃經，自春分點沿黃道向東度量（為使太陽的黃經“與日俱增”）。上圖黃道坐標系的圓圈系統(tǒng)。上圖黃道坐標系的圓圈系統(tǒng)。黃道上黃道上4個相距個相距90的點：二分的點：二分點和二至點；得到無名圈和二點和二至點；得到無名

17、圈和二至圈。至圈。下圖天體的黃道坐標系：下圖天體的黃道坐標系：黃緯和黃經黃緯和黃經 7、各種天球坐標的區(qū)別、各種天球坐標的區(qū)別 地平坐標系與第一赤道坐標系地平坐標系與第一赤道坐標系 仰極高度天頂赤緯當地緯度仰極高度天頂赤緯當地緯度 始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤緯，方位不同于時角；二者的具體差異與當地的緯度有關；仰極高度體現地平系統(tǒng)與第一赤道向系統(tǒng)的關系。 第二赤道坐標系與黃道坐標系 赤經和黃經都向東度赤經和黃經都向東度量，有共同的原點（量，有共同的原點（春分點）。但第一赤春分點）。但第一赤道坐標系以天赤道為道坐標系以天赤道為基圈，春分圈為始圈基圈，春分圈為始圈；黃道坐標系以黃道；黃道坐標系以黃道為基圈，以無名圈為為基圈，以無名圈為始圈。所以，赤緯不始圈。所以，赤緯不同于黃緯，赤經不同同于黃緯，赤經不同于黃經。于黃經。 第二赤道坐標系和黃道坐標系第二赤道坐標系和黃道坐標系 第一赤道坐標系與第二赤道坐標系第一赤道坐標系與第二赤