第1章-地理坐标与天球坐标课件.ppt

1、第1章 地理坐标与天球坐标 第第1节节 地理坐标地理坐标第第2节节 天球坐标天球坐标本节学习重点本节学习重点经线和纬线、经度和纬度经线和纬线、经度和纬度地球上的方向和距离；地球上的方向和距离；天球的视运动（周日视运动、周年视运动）天球的视运动（周日视运动、周年视运动）；地平坐标系（方位、高度）；地平坐标系（方位、高度）；第一赤道坐标系（赤纬、时角）（时角坐标系）；第一赤道坐标系（赤纬、时角）（时角坐标系）；第二赤道坐标系（赤纬、赤经）（赤道坐标系）；第二赤道坐标系（赤纬、赤经）（赤道坐标系）；黄道坐标系（黄纬、黄经）；黄道坐标系（黄纬、黄经）；五圈十点；恒星时；五圈十点；恒星时；各种坐标系的区

2、别。各种坐标系的区别。第第1 1节节 地理坐标地理坐标第第1章章 地理坐标与天球坐标地理坐标与天球坐标纬线纬线(parallel)经线经线(meridian)一切垂直于地轴的平面同地球一切垂直于地轴的平面同地球表面相割而成的圆圈。表面相割而成的圆圈。一切通过地轴的平面同地面相一切通过地轴的平面同地面相割而成的圆，被两极分成两个割而成的圆，被两极分成两个1801800 0的半圆。的半圆。所有的纬线都和赤道平行；所有的纬线都和赤道平行；指示东西方向；指示东西方向；纬线的长度各不相同，赤道纬线的长度各不相同，赤道是最大的纬线圈，是唯一的大是最大的纬线圈，是唯一的大圆。越往两极纬线圈越小，到圆。越往两

3、极纬线圈越小，到了两极，缩小成点；了两极，缩小成点；只有赤道才能把地球平分为只有赤道才能把地球平分为南北两个半球。南北两个半球。所有的经线都和赤道所有的经线都和赤道(equator)垂直；垂直；指示南北方向；指示南北方向；所有的经线长度都相等，约所有的经线长度都相等，约为为2 2万万KMKM；每两条相对的经线都形成一每两条相对的经线都形成一个经线圈，而任何一个经线圈个经线圈，而任何一个经线圈都把地球平分成两个半球。都把地球平分成两个半球。经线和纬线经线和纬线本初子午线本初子午线：通过英国通过英国Greenwich(格林尼治格林尼治)天文台的天文台的0经线（经线（1884年确定）。年确定）。英国

4、Greenwich天文台,现为天文博物馆脚跨东西半球,即通过Greenwich 天文台的本初子午线(0经线)。通常指地平方向；通常指地平方向；南北方向（经线方向），有限方向；南北方向（经线方向），有限方向；东西方向（纬线方向），无限方向；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。理论上亦东亦西；实际上非东即西。地球上的方向地球上的方向 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。地球上的方向与地球自转地球上的方向与地球自转中天中天：天体在周日

5、视运动中，当它越过观测者子午圈的瞬间，叫：天体在周日视运动中，当它越过观测者子午圈的瞬间，叫中天。天体在一日内有二次中天，其中离天顶较近的一次叫上中中天。天体在一日内有二次中天，其中离天顶较近的一次叫上中天，这时它的地平高度最大；离天顶较远近的一次叫下中天。天，这时它的地平高度最大；离天顶较远近的一次叫下中天。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，卯酉表示东子午表示南北，卯酉表示东西。西。地球自转方向地球自转方向向东。在向东。在北半球看，呈逆时针方向；北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方在南半球看，呈顺时针方向。向。海里：经线1分的弧长；两地间弧分数=其长度的

6、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。角距离与线距离的简单换算关系角距离与线距离的简单换算关系 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。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。经度和纬度经度和纬度 纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角；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

7、本初子午面的交角。经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。经线的间隔随纬度增大而减小 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。经（纬）度与经（纬）线经（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。经线即等经度线，纬线即等纬度线。一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标 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

8、后。例：北京40N,116E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。增大，以致格陵兰岛比南美洲还大。第第2 2节节 天球坐标天球坐标1、天球、天球 天球天球是以地心为球心、以是以地心为球心、以任意远为半径的一个假想的球任意远为半径的一个假想的球体，天文学用作表示天体视运体，天文学用作表示天体视运动的辅助工具。天球可分为动的辅助工具。天球可分为地地心天球心天球和和日心天球日心天球。天穹是人。天穹是人们所能直接观测到的地平之上们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空。可见，天的半个球形

9、的天空。可见，天穹有别于天球。前者是半球、穹有别于天球。前者是半球、扁球；后者是整球、圆球。扁球；后者是整球、圆球。天球和天穹天球和天穹天球示意图天球示意图 天球的半径是任意的，所有天体，天球的半径是任意的，所有天体，不论多远，都可以在天球上有他们的不论多远，都可以在天球上有他们的投影投影天球视运动天球视运动对于地球观测者，天对于地球观测者，天球围绕我们以与地球球围绕我们以与地球自转相反的方向（向自转相反的方向（向西），和相同的周期西），和相同的周期（1日）旋转。这种日）旋转。这种视运动被叫做视运动被叫做天球周天球周日运动日运动。天体周日运。天体周日运动行经的路线叫动行经的路线叫周日周日圈圈。

10、从下图可以看出。从下图可以看出，天体愈近天极，其，天体愈近天极，其周日圈愈小；离极愈周日圈愈小；离极愈远，周日圈愈大。远，周日圈愈大。太阳周年运动太阳周年运动方向向东方向向东(与地球公转方向相同与地球公转方向相同),其视行路线被称为其视行路线被称为黄道黄道。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 天蝎夜半中星随季节的变化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。变化间接推出太阳周年运动。天空中的太阳同时参与两天空中的太阳同时参与两种相反的运动：一种是由种相反的运动：一种是由于

11、地球自转而随同整个天于地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日球的运动，方向向西，日转一周；另一种是由于地转一周；另一种是由于地球公转而相对于恒星的运球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一动，方向向东，年巡天一周。周。天球的视运动天球的视运动左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东左：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，右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西后者向西 天球上的圆和点天球上的圆和点天球大圆的交点和远距点天球大圆的交点和远距点 左左:地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点(南、北、上、南、北、上

12、、下下)；右；右:黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）名点）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。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。天球上的方向和距离天球上的方向和距离方向：地球上方向的延伸；方向：地球上方向的延伸；东西方向：俯视，逆钟向为东；东西方向：俯视，逆钟向为东；距离：只

13、有角距离。距离：只有角距离。天球上的距离天球上的距离2、球面坐标系概说、球面坐标系概说 以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；纵坐标即纬度；纵坐标即纬度；横坐标即经度。横坐标即经度。天球坐标系的一般模式天球坐标系的一般模式两大类天球坐标系两大类天球坐标系 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。3、地平坐标系、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）。

14、地平坐标系的圆圈系统：地平地平坐标系的圆圈系统：地平圈上圈上4个相距个相距90的点：东、的点：东、南、西、北点；得到子午圈南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）。东、西点）。天体的地平坐标：高度天体的地平坐标：高度和方位和方位4、第一赤道坐标系、第一赤道坐标系(也称时角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”）。上图第一赤道坐标系的圆圈系统。上图第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道

15、上天赤道上4个相距个相距90的点：东、的点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时西、上、下点；得到子午圈和六时圈。圈。下图天体第一赤道坐标系：下图天体第一赤道坐标系：赤纬和时角赤纬和时角5、第二赤道坐标系、第二赤道坐标系(也称赤道坐标系也称赤道坐标系)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”）。下图第二赤道坐标系的圆圈系统。下图第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上天赤道上4个相距个相距90的点：二的点：二分点和二个无名点；得到二分圈分点

16、和二个无名点；得到二分圈和二至圈。和二至圈。上图天体第二赤道坐标系：上图天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经赤纬和赤经6、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”）。上图黄道坐标系的圆圈系统。上图黄道坐标系的圆圈系统。黄道上黄道上4个相距个相距90的点：二分的点：二分点和二至点；得到无名圈和二点和二至点；得到无名圈和二至圈。至圈。下图天体的黄道坐标系：下图天体的黄道坐标系：黄纬和黄经黄纬和黄经 7、各种天球坐标的区别、

17、各种天球坐标的区别 地平坐标系与第一赤道坐标系地平坐标系与第一赤道坐标系 仰极高度天顶赤纬当地纬度仰极高度天顶赤纬当地纬度 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；二者的具体差异与当地的纬度有关；仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。第二赤道坐标系与黄道坐标系 赤经和黄经都向东度赤经和黄经都向东度量，有共同的原点（量，有共同的原点（春分点）。但第一赤春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为道坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始圈基圈，春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道；黄道坐标系以黄道为基圈，以无名圈为为基圈，以无名圈为始圈。所以，赤纬不始圈。所以，赤纬不同于黄纬，赤经不同同

18、于黄纬，赤经不同于黄经。于黄经。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 第一赤道坐标系与第二赤道坐标系第一赤道坐标系与第二赤道坐标系 基圈相同（天赤道）因而基圈相同（天赤道）因而有相关的纬度（赤纬）但有相关的纬度（赤纬）但始圈不同，因而时角不同始圈不同，因而时角不同于赤经；二者的具体差异于赤经；二者的具体差异于当时的恒星时有关；恒于当时的恒星时有关；恒星时即春分点的时角，或星时即春分点的时角，或上点的赤经。天体赤经上点的赤经。天体赤经天体当时时角当时恒星天体当时时角当时恒星时。时。第一赤道坐标系和第二赤道坐标系第一赤道坐标系和第二赤道坐标系 S(恒星时)t(春分点时角)S(恒星时)t*(恒星时角)a*(恒星赤经)恒星中天：t*0，则S(恒星时)a*(恒星中天赤经)