第一章 天球坐標(biāo)與時(shí)間

1、 第二章北京師范大學(xué)天文系北京師范大學(xué)天文系張燕平張燕平天文觀測(cè)知識(shí)天文觀測(cè)知識(shí) 天文奧賽輔導(dǎo)天文奧賽輔導(dǎo)今晚，我們能觀測(cè)到這顆星嗎？今晚，我們能觀測(cè)到這顆星嗎？ 這是一個(gè)需要做出回答的重要問題，是和觀這是一個(gè)需要做出回答的重要問題，是和觀測(cè)絕對(duì)有關(guān)的。只有當(dāng)下面四個(gè)問題的答案都測(cè)絕對(duì)有關(guān)的。只有當(dāng)下面四個(gè)問題的答案都是是“肯定肯定”時(shí)，才能對(duì)這個(gè)問題做出肯定的回時(shí)，才能對(duì)這個(gè)問題做出肯定的回答。答。 1. 天氣適合觀測(cè)嗎？天氣適合觀測(cè)嗎？ 2. 考慮我們擁有的觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)能力，這顆星考慮我們擁有的觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)能力，這顆星足夠亮嗎足夠亮嗎? 3. 天足夠黑嗎天足夠黑嗎? 4. 這顆星在地平

2、線以上足夠高嗎？這顆星在地平線以上足夠高嗎？ 內(nèi)容內(nèi)容n第一章第一章 天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系n第二章第二章 時(shí)間與歷法時(shí)間與歷法n第三章第三章 天文望遠(yuǎn)鏡天文望遠(yuǎn)鏡n觀測(cè)觀測(cè)n題解題解 第一章第一章天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系n在晴朗的夜晚，仰望天空在晴朗的夜晚，仰望天空,眼前像有一個(gè)眼前像有一個(gè)半球形的夜幕天穹半球形的夜幕天穹,上面點(diǎn)綴著無數(shù)閃爍上面點(diǎn)綴著無數(shù)閃爍發(fā)亮的明星，感覺自己仿佛是處在這個(gè)發(fā)亮的明星，感覺自己仿佛是處在這個(gè)天穹的中心天穹的中心,這就是人們對(duì)這就是人們對(duì)“天球天球”的印的印象。天文學(xué)家為了研究天體的位置和天象。天文學(xué)家為了研究天體的位置和天體的運(yùn)動(dòng)引入了體的運(yùn)動(dòng)引入了“天球天球”

3、的概念和天球的概念和天球坐標(biāo)。坐標(biāo)。1.1 天天 球球地理坐標(biāo)緯度緯度()()：赤道以北為正、以南為負(fù)：赤道以北為正、以南為負(fù) （范圍：（范圍：- 90 - 90 90 90 ）經(jīng)度經(jīng)度()()：英國(guó)格林尼治本初子午線：英國(guó)格林尼治本初子午線(= 0(= 00 00 0 )，以東為正，以西為負(fù)（范圍：以東為正，以西為負(fù)（范圍：-180-180180180； 有時(shí)也可能用有時(shí)也可能用0 0360360表示）表示） 和和表示角分和角秒表示角分和角秒 hh、m m、s s表示時(shí)間中的小時(shí)、分鐘、秒表示時(shí)間中的小時(shí)、分鐘、秒 地理坐標(biāo)用法的示例：地理坐標(biāo)用法的示例： 北京：北京： = +39= +39

4、5727= +42.36065727= +42.3606 = 116= 1162736=7h45m22.4s 2736=7h45m22.4s 天球是一個(gè)天球是一個(gè)假想的球，假想的球，它是以觀測(cè)它是以觀測(cè)者（或地心、者（或地心、日心）為中日心）為中心，以無窮心，以無窮遠(yuǎn)為半徑的遠(yuǎn)為半徑的球，所有天球，所有天體都投影在體都投影在這個(gè)球面上。這個(gè)球面上。天球天球天球特點(diǎn)：天球特點(diǎn)：1、與直觀感覺相符的科學(xué)抽象，半徑可任意選取、與直觀感覺相符的科學(xué)抽象，半徑可任意選取2、天體在天球上的位置只反映天體視方向的投影、天體在天球上的位置只反映天體視方向的投影3、天球上任意兩天體的距離用其角距、天球上任意兩天

5、體的距離用其角距(對(duì)天球球心對(duì)天球球心的張角的張角)表示表示4、地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)、地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)5、任意點(diǎn)為球心、任意點(diǎn)為球心south celestial poleSCP 南天極南天極north celestial poleNCP 北天極北天極 天球的軸是地球天球的軸是地球自轉(zhuǎn)軸的延伸，自轉(zhuǎn)軸的延伸，叫天軸，天軸與叫天軸，天軸與天球有兩個(gè)交點(diǎn)，天球有兩個(gè)交點(diǎn)，叫作叫作天極天極,地球北地球北極延伸的點(diǎn)叫極延伸的點(diǎn)叫北北天極天極,地球南極延地球南極延伸的那個(gè)點(diǎn)叫伸的那個(gè)點(diǎn)叫南南天極天極。 1.2 天球上的基本點(diǎn)圈天球上的基本點(diǎn)圈1 1、天極與天赤道、天極與天赤道so

6、uth celestial polenorth celestial polen我們能想象我們能想象天球有一個(gè)天球有一個(gè)“天赤道天赤道”n我們能想象我們能想象天球有一個(gè)天球有一個(gè)“天赤道天赤道”south celestial polenorth celestial pole 這是地球這是地球赤道赤道的擴(kuò)展的擴(kuò)展我們也能在天球上畫我們也能在天球上畫出假想的經(jīng)度線出假想的經(jīng)度線( longitude)south celestial polenorth celestial pole和緯度線和緯度線 (latitude)(latitude)相應(yīng)的天球坐標(biāo)是：相應(yīng)的天球坐標(biāo)是：經(jīng)度經(jīng)度 赤經(jīng)赤經(jīng)right

7、 ascension (RA)緯度緯度 赤緯赤緯declination (dec)平行天赤道的天球平行天赤道的天球上的小圓圈叫上的小圓圈叫緯圈緯圈垂直赤道并且過兩垂直赤道并且過兩個(gè)天極的大圓圈叫個(gè)天極的大圓圈叫經(jīng)圈或時(shí)圈經(jīng)圈或時(shí)圈。2 2、天頂、天底和真地平、天頂、天底和真地平天頂：天頂：Z Z 過天球中心過天球中心做一直線與觀測(cè)點(diǎn)的做一直線與觀測(cè)點(diǎn)的鉛垂線平行，交天球鉛垂線平行，交天球于兩點(diǎn)，位于觀測(cè)者于兩點(diǎn)，位于觀測(cè)者頭頂?shù)囊稽c(diǎn)稱天頂。頭頂?shù)囊稽c(diǎn)稱天頂。天底：天底：Z Z 與天頂相對(duì)與天頂相對(duì)的另一交點(diǎn)為天底。的另一交點(diǎn)為天底。真地平：過天球中心做真地平：過天球中心做一與鉛垂線垂直的平一與

8、鉛垂線垂直的平面，與天球相交的大面，與天球相交的大圓為真地平。圓為真地平。ZZNSWEnLooking up, this northern hemisphere observer will see:地平線地平線北極星北極星Polaris, 位于北天極位于北天極注意星圖上注意星圖上東東,西的位置西的位置NSWhorizon從地平北點(diǎn)，通過從地平北點(diǎn)，通過天頂，到地平的南天頂，到地平的南點(diǎn)，這條假想的線點(diǎn)，這條假想的線稱為：稱為：天頂天頂“天子午線天子午線”天子午圈：過天極和天頂?shù)拇髨A。天子午圈：過天極和天頂?shù)拇髨A。卯酉圈：過天頂和東西卯酉圈：過天頂和東西點(diǎn)所做的大圓弧。點(diǎn)所做的大圓弧。NSWho

9、rizon天頂天頂E3. 3. 黃道與黃極黃道與黃極黃道：過天球中心做一與黃道：過天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行的平面為的平面為黃道面黃道面，與天，與天球相交的大圓為球相交的大圓為黃道黃道。黃極：黃道所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)黃極：黃道所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)極點(diǎn)。極點(diǎn)。黃赤交角：黃道與赤道黃赤交角：黃道與赤道的交角的交角 23.55、二分點(diǎn)、二至點(diǎn) 二分點(diǎn)：二分點(diǎn)： 黃道與天黃道與天赤道的兩個(gè)赤道的兩個(gè)交點(diǎn)。交點(diǎn)。 春分點(diǎn)春分點(diǎn)( (升升交點(diǎn)交點(diǎn)) )； 秋分點(diǎn)秋分點(diǎn)( (降降交點(diǎn)交點(diǎn)) )二至點(diǎn)：二至點(diǎn)： 黃道上與二分點(diǎn)相距黃道上與二分點(diǎn)相距90的另兩個(gè)點(diǎn)：的另兩個(gè)點(diǎn)：夏至點(diǎn)夏至點(diǎn)(天赤道以

10、北天赤道以北)；冬至點(diǎn)冬至點(diǎn)(天赤道以南天赤道以南)春分點(diǎn)春分點(diǎn)秋分點(diǎn)秋分點(diǎn)夏至點(diǎn)夏至點(diǎn)冬至點(diǎn)冬至點(diǎn)北天極北天極黃道 1.3 1.3 天球坐標(biāo)天球坐標(biāo) 地平高度地平高度( (alt) h h ： 由真地平沿過天體的地平由真地平沿過天體的地平經(jīng)圈向天頂量度經(jīng)圈向天頂量度(0(0- - 9090) ) 天頂距天頂距z z: : z z 9090h h 方位角方位角 A A ( (AZAZ) ): : 起始點(diǎn)：北點(diǎn)起始點(diǎn)：北點(diǎn) 由北點(diǎn)沿真地平順時(shí)針由北點(diǎn)沿真地平順時(shí)針( (左手坐標(biāo)系左手坐標(biāo)系 ) )度量到過度量到過天體的地平經(jīng)圈天體的地平經(jīng)圈(0(0-360)-360)一、地平坐標(biāo)一、地平坐標(biāo) 基

11、本點(diǎn)：北點(diǎn)基本點(diǎn)：北點(diǎn) 基本圈：真地平基本圈：真地平天體的方位與高度天體的方位與高度天體地平高度天體地平高度h天體方位角天體方位角A地平坐標(biāo)是一個(gè)簡(jiǎn)單的坐標(biāo)系，但它依賴地平坐標(biāo)是一個(gè)簡(jiǎn)單的坐標(biāo)系，但它依賴于觀測(cè)者所在的地面位置，位置不同，地于觀測(cè)者所在的地面位置，位置不同，地平線也不一樣，地平坐標(biāo)具有強(qiáng)烈的平線也不一樣，地平坐標(biāo)具有強(qiáng)烈的“地地方性方性”。我們可以使用天球的概念，來建立另一我們可以使用天球的概念，來建立另一種天球坐標(biāo)系，這種坐標(biāo)系不依賴于觀種天球坐標(biāo)系，這種坐標(biāo)系不依賴于觀測(cè)者所在的地面位置測(cè)者所在的地面位置二、時(shí)角坐標(biāo)（第一赤道坐標(biāo)系）二、時(shí)角坐標(biāo)（第一赤道坐標(biāo)系） 赤緯赤緯

12、 ： 由天赤道沿過天體的由天赤道沿過天體的赤經(jīng)圈向兩極方向度赤經(jīng)圈向兩極方向度量量(0(0- - 9090) ) 時(shí)角時(shí)角 t t ： 起始點(diǎn)：子午圈與天起始點(diǎn)：子午圈與天赤道南邊的交點(diǎn)赤道南邊的交點(diǎn)QQ。 由起始點(diǎn)沿天赤道順由起始點(diǎn)沿天赤道順時(shí)針量至天體所在赤時(shí)針量至天體所在赤經(jīng)圈（經(jīng)圈（0 0h h2424h h）基本點(diǎn)：基本點(diǎn)：子午圈與天赤道南邊的交點(diǎn)子午圈與天赤道南邊的交點(diǎn)QQ基本圈：基本圈：天赤道天赤道南南 赤緯赤緯 用度用度, 分分, 秒來測(cè)量，位于天赤道的上秒來測(cè)量，位于天赤道的上下兩面，上為正，下為負(fù)。例如，靠近北天下兩面，上為正，下為負(fù)。例如，靠近北天極的恒星，其赤緯接近極的

13、恒星，其赤緯接近 +90, 而靠近南天而靠近南天極的恒星，其赤緯接近極的恒星，其赤緯接近- 90. 時(shí)角時(shí)角 用小時(shí)，分，秒來度量用小時(shí)，分，秒來度量, 因?yàn)楹阈莾纱我驗(yàn)楹阈莾纱纬霈F(xiàn)在天空中同一位置的時(shí)間間隔大概需一天出現(xiàn)在天空中同一位置的時(shí)間間隔大概需一天(24h)(1 degree = 60 arcmin, 1 arcmin = 60 arcsec)可證明，地球上任何觀測(cè)點(diǎn)的天極高度等可證明，地球上任何觀測(cè)點(diǎn)的天極高度等于當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔诋?dāng)?shù)氐牡乩砭暥萵 在同一地點(diǎn)有： 天極的高度(hp) =地理緯度() =天頂?shù)某嗑?Z)；n人們正是根據(jù)這一原理來測(cè)定所在地的緯度。 當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒?/p>

14、極星的高度北京地區(qū)地北京地區(qū)地理緯度理緯度4040北京地區(qū)北北京地區(qū)北極星的地平極星的地平高度高度h 4040在北極，北在北極，北極星的地平極星的地平高度高度 = ?在赤道上，北極星的地平高度在赤道上，北極星的地平高度 = ? 赤緯赤緯：同：同時(shí)角時(shí)角坐標(biāo)坐標(biāo) 赤經(jīng)赤經(jīng)： 起始點(diǎn)：春分點(diǎn)起始點(diǎn)：春分點(diǎn) 由春分點(diǎn)沿天赤道由春分點(diǎn)沿天赤道逆時(shí)針方向逆時(shí)針方向( (右手坐標(biāo)右手坐標(biāo)系系) )量至天體所在赤經(jīng)量至天體所在赤經(jīng)圈（圈（0 0h h 24 24h h) ) 春分點(diǎn)的時(shí)角：春分點(diǎn)的時(shí)角： t tr r ( (t t) )三、赤道坐標(biāo)（第二赤道坐標(biāo)系）三、赤道坐標(biāo)（第二赤道坐標(biāo)系）基本點(diǎn)：基本

15、點(diǎn)：春分點(diǎn)春分點(diǎn)(位于白羊座位于白羊座 ) 基本圈：基本圈：天赤道天赤道SWEhorizonN我們能填加恒定的我們能填加恒定的赤經(jīng)線赤經(jīng)線 right ascension (RA)和和赤緯線赤緯線(dec) 因春分點(diǎn)本身也在作周日運(yùn)動(dòng)，它相對(duì)因春分點(diǎn)本身也在作周日運(yùn)動(dòng)，它相對(duì)于天體而言，基本上靜止不動(dòng)。于天體而言，基本上靜止不動(dòng)。因此一顆恒星的赤道坐標(biāo)基本不變，可表因此一顆恒星的赤道坐標(biāo)基本不變，可表示為示為: 12:52:03, - 47:34:43意思為：意思為：赤經(jīng)赤經(jīng)(RA) = 12 h 52 m 3 s, 赤緯赤緯(DEC) = - 47o 34 43”赤經(jīng)也用小時(shí)，分，秒來度量赤

16、經(jīng)也用小時(shí)，分，秒來度量, 因?yàn)楹阈且驗(yàn)楹阈浅霈F(xiàn)在天空中同一位置大概需一天時(shí)間出現(xiàn)在天空中同一位置大概需一天時(shí)間織女星（天琴座），在以1986.5年的天赤道和春分點(diǎn)建立的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為： 需要注意的是：從長(zhǎng)周期的運(yùn)動(dòng)來講，天赤道需要注意的是：從長(zhǎng)周期的運(yùn)動(dòng)來講，天赤道和春分點(diǎn)相對(duì)于恒星不是固定不變的（因?yàn)榇汉痛悍贮c(diǎn)相對(duì)于恒星不是固定不變的（因?yàn)榇悍贮c(diǎn)存在著一種緩慢的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，叫分點(diǎn)存在著一種緩慢的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，叫“歲歲差差”）。因此，天球坐標(biāo)系所參考的天赤道和）。因此，天球坐標(biāo)系所參考的天赤道和春分點(diǎn)是某一特定日期特定時(shí)刻（如春分點(diǎn)是某一特定日期特定時(shí)刻（如2000.0年年或或1950.0年）

17、的天赤道和春分點(diǎn)。年）的天赤道和春分點(diǎn)。 四、黃道坐標(biāo)四、黃道坐標(biāo)基本點(diǎn)：春分點(diǎn)基本點(diǎn)：春分點(diǎn)基本圈：黃道基本圈：黃道 黃緯黃緯：由黃道沿過天體的黃經(jīng)由黃道沿過天體的黃經(jīng)圈向兩邊度量圈向兩邊度量（0 09090）黃經(jīng)黃經(jīng) ： 由春分點(diǎn)沿黃道逆由春分點(diǎn)沿黃道逆時(shí)針量至天體所在黃時(shí)針量至天體所在黃經(jīng)圈與黃道的交點(diǎn)經(jīng)圈與黃道的交點(diǎn)（0 0360360) )2.4 天體的周日視運(yùn)動(dòng)天體的周日視運(yùn)動(dòng) 由于地球是自西向由于地球是自西向東自轉(zhuǎn)，由相對(duì)運(yùn)動(dòng)?xùn)|自轉(zhuǎn)，由相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，人們不覺地球原理，人們不覺地球在運(yùn)動(dòng)，卻看到所有在運(yùn)動(dòng)，卻看到所有天體都圍繞著天軸天體都圍繞著天軸(地球自轉(zhuǎn)軸的延伸地球自轉(zhuǎn)軸的延伸

18、)自東向西運(yùn)動(dòng)，自東向西運(yùn)動(dòng)，24小小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一周，這就叫時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一周，這就叫天體的周日視運(yùn)動(dòng)。天體的周日視運(yùn)動(dòng)。天體的周日視運(yùn)動(dòng)天體的周日視運(yùn)動(dòng)對(duì)著北天極對(duì)著北天極附近天區(qū)連附近天區(qū)連續(xù)曝光，可續(xù)曝光，可看到恒星周看到恒星周日視運(yùn)動(dòng)的日視運(yùn)動(dòng)的軌跡軌跡 這是北天恒星這是北天恒星周日視運(yùn)動(dòng)的照周日視運(yùn)動(dòng)的照片。每條弧線都片。每條弧線都是一顆恒星穿過是一顆恒星穿過夜空的軌跡。圖夜空的軌跡。圖(a)(a)的曝光時(shí)間的曝光時(shí)間約為約為1 1小時(shí)，圖小時(shí)，圖(b)(b)約為約為5 5小時(shí)。小時(shí)。 在地球在地球的南、北的南、北極地區(qū)看極地區(qū)看到所有天到所有天體都平行體都平行于地平圈于地平圈做圓運(yùn)動(dòng)，做圓運(yùn)動(dòng)

19、，在北極只在北極只看到北半看到北半天球的星，天球的星，永遠(yuǎn)看不永遠(yuǎn)看不到南半天到南半天球的天體，球的天體，不同緯度不同緯度處的天體處的天體視運(yùn)動(dòng)：視運(yùn)動(dòng)： 在 地 球在 地 球赤道地區(qū)赤道地區(qū)看到所有看到所有天體都垂天體都垂直于地平直于地平面做圓運(yùn)面做圓運(yùn)動(dòng)動(dòng),可看到全可看到全天球的天天球的天體。體。 在 中 緯在 中 緯地區(qū)看到地區(qū)看到的天體的的天體的周日視動(dòng)周日視動(dòng)地理緯度地理緯度越高越高,天極天極離地面越離地面越高高,可看到可看到的南半天的南半天球的星就球的星就越少。越少。n south celestial polenorth celestial pole一個(gè)地球表面的觀測(cè)者一個(gè)地球表面

20、的觀測(cè)者看到地平線以上的看到地平線以上的夜空夜空但看不到地平線下但看不到地平線下面的面的observers horizon因此這個(gè)觀測(cè)者能看因此這個(gè)觀測(cè)者能看到北天極和大部分天到北天極和大部分天空空(隨著地球的自轉(zhuǎn)隨著地球的自轉(zhuǎn)),但看不到靠近南天極但看不到靠近南天極附近的南部天空。附近的南部天空。永不上升與永不下落天體永不上升與永不下落天體1 1、永不下落天體：、永不下落天體： （9090） 永不上升天體：永不上升天體：（9090） 2 2、地理緯度越高，、地理緯度越高，這類天體越多：這類天體越多： 極區(qū)：各半；極區(qū)：各半； 赤道：無赤道：無在北京，北極星的高度約在北京，北極星的高度約40度，度， =40 50 ，永永不下落，不下落， 5050，永不上升，永不上升永不上升永不上升永不下落永不下落天體的中天天體的中天 1 1、上中天：在天極以南過子午圈。、上中天：在天極以南過子午圈。 2 2、下中天：在天極以北過子午圈。、下中天：在天極以北過子午圈。1 1、上中天：、上中天：