天球和天球坐標(biāo)系名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第二章天球與天球坐標(biāo)系宇宙是一本永遠(yuǎn)在我們面前打開(kāi)著大書(shū)，它是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)成書(shū)，其中有三角形、圓及其它幾何圖形。只有學(xué)會(huì)它語(yǔ)言，我們才能讀懂它，不然只能在黑暗迷宮中瞎逛。

----伽利略第1頁(yè)普通天文學(xué)

球面三角基礎(chǔ)知識(shí)一、球面上圓（大圓、小圓）定理：任何平面和球面交線都是正圓。定義：經(jīng)過(guò)球心平面與球面交線，是直徑最大圓，叫做大圓。不經(jīng)過(guò)球心平面與球面交線，叫小圓。二、球面上兩點(diǎn)距離三、圓極大圓極點(diǎn)=經(jīng)過(guò)球心與大圓所在平面相垂直線與球面兩個(gè)交點(diǎn)。四、球面角五、圓弧與角度量

1（弧度）=360/2π（度）=206265（角秒）第2頁(yè)普通天文學(xué)球面角=兩個(gè)大圓在球面上組成角度(ASB)=以?xún)纱髨A交點(diǎn)(S)為極點(diǎn)大圓上，與兩大圓兩交點(diǎn)(A,B)在球心所張角度(AOB)。=該兩交點(diǎn)(A,B)間大圓弧ABABOS第3頁(yè)普通天文學(xué)在晴朗夜晚，仰視天空,眼前像有一個(gè)半球形夜幕天穹,上面點(diǎn)綴著無(wú)數(shù)閃爍發(fā)亮明星，感覺(jué)自己好像是處于這個(gè)天穹中心,這就是人們對(duì)“天球”印象?！欤?1天球天文學(xué)家為了研究天體位置和天體運(yùn)動(dòng)引入了“天球”概念和天球坐標(biāo)。第4頁(yè)普通天文學(xué)天球是一個(gè)假想球，它是以觀察者（或地心、日心）為中心，以無(wú)窮遠(yuǎn)為半徑球，全部天體都投影在這個(gè)球面上。天球第5頁(yè)普通天文學(xué)天球特點(diǎn)：1、與直觀感覺(jué)相符科學(xué)抽象，半徑可任意選取2、天體在天球上位置只反應(yīng)天體視方向投影3、天球上任意兩天體距離用其角距(對(duì)天球球心張角)表示4、地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)5、任意點(diǎn)為球心第6頁(yè)普通天文學(xué)southcelestialpoleSCP南天極northcelestialpoleNCP北天極

天球軸是地球自轉(zhuǎn)軸延伸，叫天軸，天軸與天球有兩個(gè)交點(diǎn)，叫作天極,北天極：地球北極延伸點(diǎn)南天極：地球南極延伸點(diǎn)。

§2.2天球上基本點(diǎn)圈1、天極與天赤道第7頁(yè)普通天文學(xué)southcelestialpolenorthcelestialpole我們能想象天球有一個(gè)“天赤道”天赤道是地球赤道擴(kuò)展第8頁(yè)普通天文學(xué)我們也能在天球上畫(huà)出假想經(jīng)度線(longitude)southcelestialpolenorthcelestialpole和緯度線(latitude)對(duì)應(yīng)天球坐標(biāo)是：經(jīng)度赤經(jīng)rightascension(RA)緯度赤緯declination(dec)第9頁(yè)普通天文學(xué)平行天赤道天球上小圓圈叫緯圈第10頁(yè)普通天文學(xué)垂直赤道而且過(guò)兩個(gè)天極大圓圈叫經(jīng)圈或時(shí)圈。第11頁(yè)普通天文學(xué)2、天頂、天底和真地平天頂：Z

過(guò)天球中心做一直線與觀察點(diǎn)鉛垂線平行，交天球于兩點(diǎn)，位于觀察者頭頂一點(diǎn)稱(chēng)天頂。天底：Z’

與天頂相正確另一交點(diǎn)為天底。真地平：過(guò)天球中心做一與鉛垂線垂直平面，與天球相交大圓為真地平。第12頁(yè)普通天文學(xué)NSWE地平線北極星Polaris,位于北天極注意星圖上東,西位置天頂?shù)?3頁(yè)普通天文學(xué)NSWhorizon從地平北點(diǎn)，經(jīng)過(guò)天頂，到地平南點(diǎn)，這條假想線稱(chēng)為：天頂“天子午線”天子午圈：過(guò)天極和天頂大圓。E第14頁(yè)普通天文學(xué)卯酉圈：過(guò)天頂和東西點(diǎn)所做大圓弧。NSWhorizon天頂E第15頁(yè)普通天文學(xué)3.黃道與黃極黃道：過(guò)天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行平面為黃道面，與天球相交大圓為黃道。黃極：黃道所對(duì)應(yīng)兩個(gè)極點(diǎn)。黃赤交角：黃道與赤道交角ε＝23°.5ε第16頁(yè)普通天文學(xué)

二分點(diǎn)：黃道與天赤道兩個(gè)交點(diǎn)。春分點(diǎn)(升交點(diǎn))；秋分點(diǎn)(降交點(diǎn))二至點(diǎn)：黃道上與二分點(diǎn)相距90°另兩個(gè)點(diǎn)：夏至點(diǎn)(天赤道以北)；冬至點(diǎn)(天赤道以南)春分點(diǎn)秋分點(diǎn)冬至點(diǎn)夏至點(diǎn)北天極黃道第17頁(yè)普通天文學(xué)§2.3天球坐標(biāo)系一、地平坐標(biāo)系

基本點(diǎn)：天頂天底

基本圈：真地平

原點(diǎn)：南點(diǎn)北點(diǎn)

地平高度h:

由真地平沿過(guò)天體地平經(jīng)圈向天頂、天底量度（00—±900）（天頂距Z):Z＝900－h(huán)

方位角A:

由南點(diǎn)或北點(diǎn)沿真地平順時(shí)針度量到過(guò)天體地平經(jīng)圈（00–3600）第18頁(yè)普通天文學(xué)天體方位與高度天體地平高度h天體方位角A第19頁(yè)普通天文學(xué)

地平坐標(biāo)是一個(gè)簡(jiǎn)單坐標(biāo)系，但它依賴(lài)于觀察者所在地面位置，位置不一樣，地平線也不一樣，天頂也不一樣，天體地平坐標(biāo)就會(huì)改變，地平坐標(biāo)含有強(qiáng)烈“地方性”。

我們能夠使用天球概念，來(lái)建立另一個(gè)天球坐標(biāo)系，這種坐標(biāo)系不依賴(lài)于觀察者所在地面位置。第20頁(yè)普通天文學(xué)二、時(shí)角坐標(biāo)系（第一赤道坐標(biāo)系）基本點(diǎn)：天極

基本圈：天赤道原點(diǎn)：子午圈與天赤道南邊交點(diǎn)。赤緯δ：由天赤道沿過(guò)天體赤經(jīng)圈向兩極方向度量（00-±900）時(shí)角t：由原點(diǎn)沿天赤道順時(shí)針量至天體所在赤經(jīng)圈（0h–24h）第21頁(yè)普通天文學(xué)

赤緯

用度,分,秒來(lái)測(cè)量，位于天赤道上下兩面，上為正，下為負(fù)。比如，靠近北天極恒星，其赤緯靠近+90°,而靠近南天極恒星，其赤緯靠近-90°.

時(shí)角

用小時(shí)、分和秒來(lái)度量,因?yàn)楹阈莾纱纬霈F(xiàn)在天空中同一位置時(shí)間間隔大約需一天(24h)天體時(shí)角坐標(biāo)與觀察位置相關(guān)系嗎？第22頁(yè)普通天文學(xué)可證實(shí)，地球上任何觀察點(diǎn)天極高度等于當(dāng)?shù)氐乩砭暥?/p>

在同一地點(diǎn)有：天極高度(hp)=地理緯度(φ)=天頂赤緯(δZ)；人們正是依據(jù)這一原理來(lái)測(cè)定所在地緯度。

第23頁(yè)普通天文學(xué)在北半球，當(dāng)?shù)氐乩砭暥鹊扔诒睒O星高度長(zhǎng)春地域地理緯度φ≈44°長(zhǎng)春地域北極星地平高度h≈44°在北極，北極星地平高度=?在赤道上，北極星地平高度=?第24頁(yè)普通天文學(xué)

基本點(diǎn)：天極

基本圈：天赤道

原點(diǎn)：春分點(diǎn)

赤緯δ：同上赤經(jīng)α：由春分點(diǎn)沿天赤道逆時(shí)針?lè)较蛄恐撂祗w所在赤經(jīng)圈（0h–24h)

春分點(diǎn)時(shí)角：

tr＝(α＋t)三、赤道坐標(biāo)系（第二赤道坐標(biāo)系）第25頁(yè)普通天文學(xué)SWEhorizonN我們能填加恒定赤經(jīng)線rightascension(RA)和赤緯線

(dec)第26頁(yè)普通天文學(xué)

因春分點(diǎn)本身也在作周日視運(yùn)動(dòng)，它相對(duì)于天體而言，位置基本上靜止不動(dòng)。所以一顆恒星赤道坐標(biāo)基本不變，可表示為:12:52:03,-47:34:43意思為:赤經(jīng)(RA)=12h52m3s,

赤緯(DEC)=-47o34’43”赤經(jīng)也用小時(shí)，分，秒來(lái)度量,因?yàn)楹阈?次出現(xiàn)在天空中同一位置大約需一天時(shí)間第27頁(yè)普通天文學(xué)四、黃道坐標(biāo)系基本點(diǎn)：黃極基本圈：黃道原點(diǎn)：春分點(diǎn)黃緯β：由黃道沿過(guò)天體黃經(jīng)圈向兩邊度量（00—±900）黃經(jīng)λ：由春分點(diǎn)沿黃道逆時(shí)針量至天體所在黃經(jīng)圈與黃道交點(diǎn)（00–3600)第28頁(yè)普通天文學(xué)§2.4天體周日視運(yùn)動(dòng)因?yàn)榈厍蚴亲晕飨驏|自轉(zhuǎn)，由相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，人們不覺(jué)地球在運(yùn)動(dòng)，卻看到全部天體都圍繞著天軸(地球自轉(zhuǎn)軸延伸)自東向西運(yùn)動(dòng)，二十四小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一周，這就叫天體周日視運(yùn)動(dòng)。第29頁(yè)普通天文學(xué)

天體周日視運(yùn)動(dòng)對(duì)著北天極附近天區(qū)連續(xù)曝光，可看到恒星周日視運(yùn)動(dòng)軌跡第30頁(yè)普通天文學(xué)

這是北天恒星周日視運(yùn)動(dòng)照片。每條弧線都是一顆恒星穿過(guò)夜空軌跡。圖(a)曝光時(shí)間約為1小時(shí)，圖(b)約為5小時(shí)。第31頁(yè)普通天文學(xué)

在地球南、北極地域看到全部天體都平行于地平圈做圓運(yùn)動(dòng)，在北極只能看到北半天球星，永遠(yuǎn)看不到南半天球天體不一樣緯度處天體視運(yùn)動(dòng)：第32頁(yè)普通天文學(xué)

在地球赤道地域看到全部天體都垂直于地平面做圓運(yùn)動(dòng),

可看到全天球天體。北天極和南天極位于地平。第33頁(yè)普通天文學(xué)

在中緯地域看到天體周日視動(dòng)。

地理緯度越高,北天極離地面越高,可看到南半天球星就越少。第34頁(yè)普通天文學(xué)

southcelestialpolenorthcelestialpole一個(gè)地球表面觀察者看到地平線以上夜空但看不到地平線下面observer’shorizon所以這個(gè)觀察者能看到北天極和大部分天空(伴隨地球自轉(zhuǎn)),

但看不到靠近南天極大部分南部天空。Z第35頁(yè)普通天文學(xué)

三、永不上升與永不下落天體1、永不下落天體：δ≥（90°－φ）

永不上升天體：

δ≤－（90°－φ）

2、地理緯度越高，這類(lèi)天體越多：極區(qū)：各半；赤道：無(wú)永不下落天體永不上升天體在長(zhǎng)春，北極星高度約44度，φ=44δ≥46°天體，永不下落，δ≤－46°天體，永不上升第36頁(yè)普通天文學(xué)天體中天天體經(jīng)過(guò)子午圈稱(chēng)為中天，全部天體周日平行圈與子午圈都有2個(gè)交點(diǎn)σ和σ’。子午圈子午圈PZ南天極P’σσ’位于PZP’一支上σ稱(chēng)為上中天，這是某個(gè)天體所能到達(dá)最高位置。σ’稱(chēng)為下中天，即該天體最低位置。中天是天文學(xué)中主要概念，天體上中天時(shí)時(shí)角為0，地平高度hσ=hQ’+δQ’第37頁(yè)普通天文學(xué)周年視運(yùn)動(dòng)

地球公轉(zhuǎn)→天體周年視運(yùn)動(dòng)→太陽(yáng)自西向東在黃道上每年運(yùn)行一周（與周日視運(yùn)動(dòng)方向相反）→造成四季星空不一樣?！?.5天體周年視運(yùn)動(dòng)第38頁(yè)普通天文學(xué)

太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)軌跡：黃道

運(yùn)動(dòng)方向：自西向東當(dāng)太陽(yáng)位于：春分點(diǎn)時(shí):（3月21日左右）α＝0h

δ＝0°夏至點(diǎn)時(shí):（6月22日左右）α＝6hδ＝23°26’秋分點(diǎn)時(shí):（9月23日左右）

α＝12hδ＝0°冬至點(diǎn)時(shí):(12月22日左右）α＝18hδ＝－23°26’第39頁(yè)普通天文學(xué)日期：3月21日~4月20日~5月21日~6月22日~7月23日~8月23日~9月23日太陽(yáng)經(jīng)過(guò)：白羊座|金牛座|雙子座|巨蟹座|獅子座|室女座日期：9月23日~10月23日~11月22日~12月22日~1月20日~2月18日~3月21日太陽(yáng)經(jīng)過(guò)：天秤座|天蝎座|人馬座|摩羯座|寶瓶座|雙魚(yú)座第40頁(yè)普通天文學(xué)黃道應(yīng)有13宮!!!第41頁(yè)普通天文學(xué)第42頁(yè)普通天文學(xué)太陽(yáng)每年進(jìn)入黃道13宮日期、時(shí)間（.0）

日期北京時(shí)間星座黃經(jīng)范圍停留時(shí)間1月20日21時(shí)摩羯27.4度27天2小時(shí)2月16日23時(shí)寶瓶24.9度24天18小時(shí)3月12日17時(shí)雙魚(yú)36.3度36天19小時(shí)4月18日12時(shí)白羊24.9度25天14小時(shí)5月14日2時(shí)金牛36.7度38天8小時(shí)6月21日10時(shí)雙子28.0度29天9小時(shí)第43頁(yè)普通天文學(xué)日期北京時(shí)間星座黃經(jīng)范圍停留時(shí)間7月20日19時(shí)巨蟹20.1度21天1小時(shí)8月10日20時(shí)獅子35.9度37天4小時(shí)9月17日0時(shí)室女43.8度44天8小時(shí)10月31日8時(shí)天秤22.9度22天19小時(shí)11月23日3時(shí)天蝎7.1度7天0小時(shí)11月30日3時(shí)蛇夫!18