天體物理導論-topic-02星空

2.1、星空與星座（不同季節(jié)星空、天球、常見星座）2.2、天球坐標系（一些圈與點、赤道、地平與視角坐標系）2.3、天體的運動（周日、周年視運動；地球運動、月亮運動）2.4、時間與歷法（太陽與恒星時間、干支紀年）Topic2、如何看星空1889，VincentWillemvanGogh2.1、星空與星座:不同季節(jié)星空、天球、常見星座Andromeda仙女座；Pegasus飛馬座冬季，朝向北面2.1.1不同季節(jié)星空冬季，朝向南面夏季，朝向南面夏季，朝向北面Iphone、ipad：skysafari緯度：31:29:25.0;經(jīng)度：120:16:38.0cassiopeia：仙后座國土資源局卞維豪topic-02-dipperclock.swfcassiopeia：仙后座2.1.2常見星座：來劃分星空，辨別星星Sgr人馬座；Sco蝎子座繁星點點，如何識辨？各星座：希臘神話人物或動物其邊界：1928修訂Andromeda仙女座;Pegasus飛馬座UranographicabyJohannHevelius1690argonavis南船座；perseus英仙座；[希神]珀爾修斯（宙斯之子）獵戶星座orion冬季大三角：Major/MinorCanis大/小犬座

（冬季，銀河附近，南面天空）Siris（天狼星）著名星座與星星：夏季大三角（TheSummerTriangle，銀河附近，夏季，頭頂，東北方向）三個亮星：Vega,Altair,andDeneb各處于：Lyra（天琴座）,Aquila（天鷹座）,andCygnus（天鵝座）Altair牛郎星；Vega織女星銀河，南面；東面Auriga：御夫座；Gemini：雙子座；Taurus：金牛座；Sagitta：射手座；Delphinus：海豚座天狼星（大犬座）參宿七（獵戶座星名）半人馬座，比鄰星Taurus金牛座；大犬座CanisMajor；天鵝座Cygnus；Lyra天琴座；Centaurus半人馬座；南十字星座crux星座中星星標注：希臘字母著名星座與星星北極星黃道與十二星座（黃道ecliptic；Astrologicalsign，Zodiac）秋季太陽的視運動（9-2月，太陽下山時，向東移動；傍晚可見）:地球公轉(zhuǎn)，360度。相對于背景恒星，一月一個星座，黃道12宮，每個約30度。一月在人馬座（射手座）；十月在室女座（處女座）topic-02-zodiac.swf天球是以地球為球心的一個球面，所有天體仿佛處于該球面上，地球固定于天球的中心。天球包含所有天體，這是最簡單模型，但和事實不符。天體離我們有遠近之別。地球自轉(zhuǎn)軸、赤道與天球相交：天極：celestialpole天赤道：celestialeauatorLyra：豎琴座；cassiopeia：仙后座；Pisces：雙魚座；Sagittarius：人馬座（銀河系中心）2.2.1天球（celestialsphere）2.2、

天球坐標系觀測者（不同緯度）：觀測天象，北極星不動，天體繞極軸旋轉(zhuǎn)，由東到西。天頂（zenith）與北天極；地平horizon天底nadir所能看到的星空依賴于地理緯度（latitude）。地平到北天極的角距離等于地理緯度。天球的視旋轉(zhuǎn)環(huán)軸區(qū)域外，天體東升西落；環(huán)軸區(qū)域內(nèi)（與極軸夾角小于地理緯度角），永不落或永不升起。天球的視旋轉(zhuǎn)：天體的升降(日運動，如太陽，月亮)北面天體：逆時針如何定義天球坐標系來確定天體位置？回憶經(jīng)緯度考慮地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)。本初子午圈primemeridian天赤道上如何選擇初始經(jīng)度位置？太陽，春分點！2.2.2天球坐標系在某觀測點，考慮緯度，天頂、地平、東南西北。子午圈（Meridian）：過天頂、南北天極（或南北點）的大圈天赤道（CelestialEquator）天卯酉圈（primevertical）：過天頂、東西點大圈天卯酉圈、天子午圈、地平圈互相垂直“天干地支”一些圈與基本點十天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸十二地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥黃道(ecliptic):太陽在天球上軌跡，與天赤道夾角為23.5度（即E公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)夾角）。黃極

(Eclipticalpole)二分點：白天黑夜一樣長春分點：Vernal(spring)equinox,3.21秋分點：Autumn(fall)equinox二至點夏至：Summersolstice冬至：wintersolstice黃色圈為地平，及西、東方向一些圈與基本點赤道坐標系（TheEquatorialCoordinateSystem）赤道作基本圈，春分點作為基本點；α赤經(jīng)(RightAscension)：沿天赤道從春分點向東至源的角度；δ赤緯(Declination)：天赤道南北向角度。春分點西移，所以可選1950，2000年RA,DEC，天文期刊用。Meridian（子午圈：過天頂、南北天極大圈）一個天體的時角表示該天體是否通過了當?shù)氐淖游缛Γㄖ刑欤?，沿天赤道，從子午圈到該天體時間。太陽:RA，一年中從0h-6h-12h-18h-24h；Dec：0-23.5度-0-（-23.5度）-0其他坐標系略：黃道坐標系，地平坐標系，視角坐標系，銀道坐標系；及其相互轉(zhuǎn)化topic-02-radecdemo.swftopic-02-cec_sky.swftopic-02-cec_flat.swf略topic-02-celestialhorizon.swfp.swf地平坐標系(TheHorizonSystem)：真地平作基本圈；北點作為基本點;方位角A(地平經(jīng)度;Azimuth)：從北向東沿地平測量的角度

高度角h(地平緯度;Altitude)：從地平向上測量的角度適合地球表面物體定位。天頂距

z=90-htopic-2-altazimuth.swf時角坐標系：赤道作基本圈，天赤道與子午圈交點的近南點作為基本點。時角t(Hourangle):沿天赤道，源到子午圈的時間.負號為未過子午圈(中天)。赤緯δ(Declination):與天赤道南北向角度。天文觀測中判定天體多久會過中天。引入與地方時、太陽RA有關(guān)的恒星時。恒星時：天赤道上，一個地方的子午圈與天球的春分點之間的時角。由于地球周日運動，地球上每個地方的恒星時都與它的經(jīng)度有關(guān),天文觀測以午夜過中天為參照，即地方時24h。恒星時≈地方時+太陽赤經(jīng)-12h，若源的RA=0，恒星時即為時角。某觀測夜，源的RA不變，即恒星時與時角差不變。天體時角=恒星時-RA。春分時（3.21），太陽RA=0h，半夜24：00過上中天的源RA=12+-4h，可觀測。在夏至（6.21），太陽RA=6h，半夜24：00過上中天源的RA=18+-4h，可觀測。-表示在東側(cè)，尚未過中天；+表示在西側(cè)，已過中天。siderealTimeAndHourAngleDemo.swf

2.3、

天體運動SouthNorthWest周期性時間：日、月、年。周期性運動：地球自轉(zhuǎn)、地球繞太陽公轉(zhuǎn)；月亮繞地球公轉(zhuǎn)；地球自轉(zhuǎn)軸進動、章動等（日地月關(guān)系；相對運動）?，F(xiàn)象：如天體每日視運動、每年太陽黃道上向東運動、每月的月相變化、北極點移動（春分點西移）3個問題：星跡、太陽、月亮2.3.1地球運動：自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，星跡，晝夜與季節(jié)2.3.2月亮運動：自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，月相2.3.3其他運動：地球近動與章動、潮汐2.3.1地球運動：自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)：星跡，圍繞天極的天體視運動；晝夜（太陽周日運動）天球的周日視運動（北半球：逆時針）恒星在與天赤道平行的圈上運行子午圈總是通過正北點、天頂和正南點.天頂高度角永遠是90度（地平坐標系中）.天極的高度角=觀測者地理緯度.天赤道在子午圈上的高度=90度–觀測者地理緯度.天赤道與地平圈之間夾角=90度-觀測者地理緯度天赤道永遠和地平圈交于正東點與正西點.以南京為例，天極的高度角、天赤道在子午圈上的高度、天赤道與地平圈夾角？東南西北如何確定？地球公轉(zhuǎn)：太陽周年視運動季節(jié)：太陽通過4個點，春分秋分，夏至冬至。原因：地球自轉(zhuǎn)軸與其公轉(zhuǎn)軌道之間有一夾角，赤黃交角23.5度；相對地平面，太陽最大仰角的變化（過子午圈時）春分與秋分時，仰角為緯度。地理緯度地理緯度sunpaths.swf一年中太陽的dec，ra變化。RA:0h-6h-12h-18h-24h;Dec:0-23.5度-0-（-23.5度）-0seasonsim.swfdaylighthoursexplorer.swfeclipticsimulator.swf如何確定夏至或冬至點？日出方位角的年變化緯度40度，日出方位角間隔62度，對更大的北緯，該間隔更大。在赤道，為47度。右下到左上：月相變化。2.3.2月亮運動：自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，月相月相來自被太陽照射的月亮不同部分，取決于相對太陽的月亮空間位置。上弦月：Waxing（crescent，gibbous）漸滿新月下弦月：Waning（gibbous,crescent)漸虧月。朔月(初一):newmoon;望月(滿月):fullmoon月亮自轉(zhuǎn)與繞地球公轉(zhuǎn)周期相同：27.32天（恒星周期，以背景恒星計），29.53天（會和周期，與太陽會和）topic-02-lunar_phaser.swftopic-02-moonphases.swf27.212220×242=6585.3572429.530588×223=6585.32157來自太陽的月亮進動周期18.61年；沙羅周期（Saroscycle）：6585.3天，18.03年，食的周期：日食43次，月食28次。這是2個周期，朔望月（223個）與“交點月”（242個）的公倍數(shù)。月食、日食預(yù)測

月球軌道面與地球軌道面夾角有5度。軌道交點（lineofnodes）：月亮經(jīng)過地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）的點。每個月，月亮經(jīng)過這些軌道交點，若發(fā)生月（日）食，需恰好同時為滿月（新月）。月食：月亮進入地球的影子。full，滿月，每年1-2次，陰歷15。

大潮。日食：地球某些區(qū)域進入月亮的影子。New，新月，每年發(fā)生2-3次，陰歷初一。月食、日食預(yù)測topic-02-moon-inclination.swf地球自轉(zhuǎn)軸的進動周期：~25800年，北天極在天空劃一個圓。稱為歲差(axialprecession)，源于月球與地球引力力矩。黃道變化，2000年前，春分點時，太陽在白羊座，現(xiàn)在雙魚座。地軸進動使得春分點的位置自東向西運動，稱為春分點的西移，每年約50角秒。2000年約移動30度。黃道面的微小移動也引起春分點的位置延赤道向東運動，稱為行星赤經(jīng)歲差，每年約0.13角秒。2.3.3其他運動：近動與章動天極指向變化章動（Nutation）

：由于月球力矩影響，地球自轉(zhuǎn)軸除進動外，沿公轉(zhuǎn)軸上下擺動，導致地球北天極天球上描繪出一條波狀曲線?，F(xiàn)代天體測量采用的章動有106項，其中最主要的一項與黃道、白道的交點變化周期有關(guān)，為18.6年。在中國古代，這一周期稱為一“章”，章動一詞由此而來。章動主項的振幅為9”.2025(J2000.0)topic-02-tidesim.swf地球的主要運動總結(jié)如下1.Dailyrotation(23hours,56minutes).2.Chandlerwobble--15mdiameteraide--14,12monthcycles.3.EarthrevolvesaroundSun,365.2564days.4.PrecessionofEarth--25,800years.5.Nutation--18.6yearcycle.6.ReflexMotionabouttheEarth-Moonbarycenterpoint.(r1/r2)=(m2/m1)Earthis80XmoremassivethanMoon,sobarycenteris1/80thedistancefromEarthcentertoMooncenter.Earthorbitsthispoint5000kmfromEarthcenter(butstillinsidesurfaceoftheEarth).Periodofthemotionisonelunarmonth.7.RotationoftheLocalStandardofRest(solarneighborhood)abouttheMilkyWaycenter~220km/sat8.5kpc.8.Entiresolarsystemsharessolarmotioninsolarneighborhood~20km/sfromtheLocalStandardofRest.9.MilkyWayorbitingcenterofmassoftheLocalGroupofGalaxies(dominatedbyMilkyWayandAndromedaGalaxy--currentmotionistowardsAndromedaatfewhundredkm/s).10.LocalGroupparticipatinginVirgocentricflowtowardsVirgocluster(severalhundredkm/s).11.Virgoitselfmaypulledtoevenlargermass,theso-called``GreatAttractor"(severalhundredkm/s).12.LocalGroupparticipatesinHubbleexpansion.2.4時間與歷法2.4.1時間時刻的計量、時間間隔的計量1、子在川上曰，逝者如斯夫！2、基督教神學家認為上帝于公元前4004年10月22日下午8點創(chuàng)造了世界。3、牛頓：時間除了均勻流逝性之外，沒有其他屬性：均勻的、有方向的、沒有起點和終點、永恒存在，即使物質(zhì)消失，空間和時間仍然存在。4、洛克：時間的綿延只能通過周期運動的動作單位測量。5、龐加萊：世界必須變成可測量的對象，不能被測量的東西不能成為科學的對象；時間測量包括兩個問題：如何確定“同時”？如何確定兩個時間段相等？6、愛因斯坦：同時的相對性，不存在絕對空間。TheSiderealandSolarDays時間：如天、年，與太陽運動有關(guān)dayandnight。（1）太陽日：太陽連續(xù)兩次經(jīng)過子午圈的間隔定為24h，正午（Highnoon）。由于太陽東移，太陽日長些。（2）恒星日：恒星連續(xù)兩次經(jīng)過子午圈的間隔，太陽沿黃道向東運動，每天約一度，23h56m4s時區(qū)，1/360*24*60~4m，standardtime（3）回歸年：分至年；tropicalyear：太陽回到春分點vernalequinox；季節(jié)周期；365.242199daysor365d5h48m46s閏年（leapyears）,every4years，增加一天，365.25；稍長，百年不閏，除非能被400整除，導致400年內(nèi)扣除3天。

陽歷（Gregoriancalendar）（4）恒星年：指恒星在天球上完成360度運轉(zhuǎn)又回到出發(fā)點的時間(siderealyear)，地球公轉(zhuǎn)周期，約365.2564太陽日，365d6h9m9.5s?；貧w年比之少約20分鐘，對應(yīng)于春分點西移的50“歲差。50/60/60/360*365*24*60~20m時間：幾點？1、世界時UniversalTime(UT)真太陽時；平太陽時；恒星時；協(xié)調(diào)世界時2、歷書時EphemerisTime(ET)3、原子時(ATI)恒星時與時角坐標系、赤道坐標系地方平時；時區(qū)；區(qū)時；世界時UniversalTimeUT=GMTGreenwichMeanSolarTime時角=恒星時-RA恒星時≈地方時+太陽赤經(jīng)-12h真太陽時（Apparent(ortrue)solartime）與平太陽（mean)solartime）時：以太陽連續(xù)兩次上中天的時間間隔叫做一個真太陽時；兩者差異Equationoftime，《晉書·歷律志》董巴(220—226)論遠古歷法：“顓頊以今之孟春正月為元，其時正月朔旦立春，五星會于天廟，營室也，冰凍始泮，蟄蟲始發(fā)，雞始三號，天曰作時，地曰作昌，人曰作樂，鳥獸萬物莫不應(yīng)和，故顓頊圣人為歷宗也”。顓頊的歷法起始日（該年正月初一）滿足四個條件：（1）朔日；（2）立春；（3）五星會聚；（4）五星會聚于天廟，即營室。從公元前5400年到公元220年間：1.計算所有朔(太陽和月亮的黃經(jīng)相等)的時刻；2.計算所有立春(太陽黃經(jīng)為315度)時刻；3.計算每日太陽、水星、金星、火星、木星、土星的黃經(jīng)，尋找五星會聚現(xiàn)象；4.在找到的278次五星會聚之中，尋找在立春日發(fā)生的五星會聚，計八次；5.在這八次五星會聚中，找出距離立春最近的朔的時刻。滿足朔日、立春和五星會聚條件的唯一日期：公元前2807年2月26日2.4.2歷法瑞士星歷表(SwissEphemeris，)推算。甲子 乙丑 丙寅 丁卯 戊辰 己巳 庚午 辛未 壬申 癸酉 甲戌 乙亥 丙子 丁丑 戊寅 己卯 庚辰