第1章 地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)

1、第1章 地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo) 第第1節(jié)節(jié) 地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)第第2節(jié)節(jié) 天球坐標(biāo)天球坐標(biāo)本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)經(jīng)線和緯線、經(jīng)度和緯度經(jīng)線和緯線、經(jīng)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(yùn)動(dòng)（周日視運(yùn)動(dòng)、周年視運(yùn)動(dòng)）天球的視運(yùn)動(dòng)（周日視運(yùn)動(dòng)、周年視運(yùn)動(dòng)） ；地平坐標(biāo)系（方位、高度）；地平坐標(biāo)系（方位、高度）；第一赤道坐標(biāo)系（赤緯、時(shí)角）（時(shí)角坐標(biāo)系）；第一赤道坐標(biāo)系（赤緯、時(shí)角）（時(shí)角坐標(biāo)系）；第二赤道坐標(biāo)系（赤緯、赤經(jīng)）（赤道坐標(biāo)系）；第二赤道坐標(biāo)系（赤緯、赤經(jīng)）（赤道坐標(biāo)系）；黃道坐標(biāo)系（黃緯、黃經(jīng)）；黃道坐標(biāo)系（黃緯、黃經(jīng)）；五圈十點(diǎn)；恒星時(shí)；五圈十點(diǎn)；恒星時(shí)；各種坐標(biāo)系的

2、區(qū)別。各種坐標(biāo)系的區(qū)別。第第1 1節(jié)節(jié) 地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)第第1章章 地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)緯線緯線(parallel)經(jīng)線經(jīng)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(gè)割而成的圓，被兩極分成兩個(gè)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(diǎn)；了兩極，縮小成點(diǎn)；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(gè)半球。南北兩個(gè)半球。所有的經(jīng)線都和赤道所有的經(jīng)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(jīng)線長度都相等，約所有的經(jīng)線長度都相等，約為為2 2萬萬KMKM；每兩條相對的經(jīng)線都形成一每兩條相對的經(jīng)線都形成一個(gè)經(jīng)線圈，而任何一個(gè)經(jīng)線圈個(gè)經(jīng)線圈，而任何一個(gè)經(jīng)線圈都把地球平分成兩個(gè)半球。都把地球平分成兩個(gè)半球。經(jīng)線和緯線經(jīng)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(tái)的天文臺(tái)的0經(jīng)線（經(jīng)線（1884年確定）。年確定）。英

4、國Greenwich天文臺(tái),現(xiàn)為天文博物館腳跨東西半球, 即通過Greenwich 天文臺(tái)的本初子午線(0經(jīng)線)。 通常指地平方向；通常指地平方向； 南北方向（經(jīng)線方向），有限方向；南北方向（經(jīng)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(shí)際上非東即西。理論上亦東亦西；實(shí)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(zhuǎn)相聯(lián)系； 在用時(shí)針的方向表述地球自轉(zhuǎn)方向時(shí)，必須明確觀測者是立足于哪個(gè)半球觀測地球自轉(zhuǎn)的。地球上的方向與地球自轉(zhuǎn)地球上的方向與地球自轉(zhuǎn)中

5、天中天：天體在周日視運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)它越過觀測者子午圈的瞬間，叫：天體在周日視運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)它越過觀測者子午圈的瞬間，叫中天。天體在一日內(nèi)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(nèi)有二次中天，其中離天頂較近的一次叫上中天，這時(shí)它的地平高度最大；離天頂較遠(yuǎn)近的一次叫下中天。天，這時(shí)它的地平高度最大；離天頂較遠(yuǎn)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(zhuǎn)方向地球自轉(zhuǎn)方向向東。在向東。在北半球看，呈逆時(shí)針方向；北半球看，呈逆時(shí)針方向；在南半球看，呈順時(shí)針方在南半球看，呈順時(shí)針方向。向。 海里：經(jīng)線1分的弧長；

6、兩地間弧分?jǐn)?shù)=其長度的海里數(shù)，由此推出經(jīng)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(guān)系角距離與線距離的簡單換算關(guān)系 是經(jīng)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(jīng)線上度量，南北緯各分90度。 經(jīng)度：本地子午面的東西方向和角距離 經(jīng)度是兩面角，本初子午面為起始面；本地子午面為終面； 經(jīng)度通常在赤道上度量，東西經(jīng)各分180度。經(jīng)度和緯度經(jīng)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(jīng)度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。經(jīng)度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。經(jīng)線的間隔隨緯度增大而減小 經(jīng)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(jīng)度的間隔，隨緯度增高而減小； 與緯度的余弦成反比。經(jīng)（緯）度與經(jīng)（緯）線經(jīng)（緯）度與經(jīng)（緯）線經(jīng)度和緯度用來區(qū)分不同的經(jīng)線和緯線；經(jīng)度和緯度用來區(qū)分不同的經(jīng)線和緯線；經(jīng)線即等經(jīng)度線，緯線即等緯度線。經(jīng)線即等經(jīng)度線，緯線即等緯度線。一地的經(jīng)度和緯度相結(jié)合，叫做該地的地理坐標(biāo)一地的經(jīng)度和緯度相結(jié)合，叫做該地的地理坐標(biāo) 同地理坐標(biāo)相聯(lián)系的有三個(gè)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(jīng)度； 數(shù)字在先，符號在后。 例：北京40N, 116E在墨卡托投影圖上的經(jīng)緯線。經(jīng)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(jīng)緯線。經(jīng)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(biāo)天球坐標(biāo)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(yuǎn)為半徑的一個(gè)假想的球任意遠(yuǎn)為半徑的一個(gè)假想的球體，天文學(xué)用作表示天體視運(yùn)體，天文學(xué)用作表示天體視運(yùn)動(dòng)的輔助工具。天球可分為動(dòng)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(gè)球形的天空?？梢?，天的半個(gè)球形的天空?？梢姡祚酚袆e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(yuǎn)，都可以在天球上有他們的不論多遠(yuǎn)，都可以在天球上有他們的投影投影天球視運(yùn)動(dòng)天球視運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)相反的方向（向自轉(zhuǎn)相反的方向（向西），和相同的周期西），和相同的周期（1日）旋轉(zhuǎn)。這種日）旋轉(zhuǎn)。這種視運(yùn)動(dòng)被叫做視運(yùn)動(dòng)被叫做天球周天球周日運(yùn)動(dòng)日運(yùn)動(dòng)。天體周日運(yùn)。天

10、體周日運(yùn)動(dòng)行經(jīng)的路線叫動(dòng)行經(jīng)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?。浑x極愈周日圈愈??；離極愈遠(yuǎn)，周日圈愈大。遠(yuǎn)，周日圈愈大。 太陽周年運(yùn)動(dòng)太陽周年運(yùn)動(dòng)方向向東方向向東(與地球公轉(zhuǎn)方向相同與地球公轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的反映。由夜半中星的這是地球公轉(zhuǎn)的反映。由夜半中星的變化間接推出太陽周年運(yùn)動(dòng)。變化間接推出太陽周年運(yùn)動(dòng)。天空中的太陽同時(shí)參與兩天空中的太陽同時(shí)

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

12、圈與天赤道的交點(diǎn)（東、西）和遠(yuǎn)距點(diǎn)( (南、北、上、南、北、上、下下) )；右；右: :黃道與天赤道的交點(diǎn)（二分）和遠(yuǎn)距點(diǎn)（二至點(diǎn)和無黃道與天赤道的交點(diǎn)（二分）和遠(yuǎn)距點(diǎn)（二至點(diǎn)和無名點(diǎn)）名點(diǎn)） 三個(gè)基本大圓：地平圈，天赤道，黃道； 大圓的極點(diǎn)：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(diǎn)：天赤道交地平圈：東點(diǎn)和西點(diǎn)；黃道交天赤道：春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。 大圓的大距點(diǎn)：地平圈對于天赤道：南點(diǎn)和北點(diǎn)；天赤道對于地平圈：上點(diǎn)和下點(diǎn)；黃道對于天赤道：夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)；天赤道對于黃道：無名點(diǎn)。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?yàn)闁|；東西方向：俯視，逆鐘向?yàn)闁|；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(biāo)系概說、球面坐標(biāo)系概說 以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；縱坐標(biāo)即緯度；縱坐標(biāo)即緯度；橫坐標(biāo)即經(jīng)度。橫坐標(biāo)即經(jīng)度。天球坐標(biāo)系的一般模式天球坐標(biāo)系的一般模式兩大類天球坐標(biāo)系兩大類天球坐標(biāo)系 右旋坐標(biāo)系：與天球周日運(yùn)動(dòng)（地球自轉(zhuǎn)）聯(lián)系，向西； 左旋坐標(biāo)系：與太陽周年運(yùn)動(dòng)（地球公轉(zhuǎn)）聯(lián)系，向東。3、地平坐標(biāo)系、地平坐標(biāo)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(diǎn)：基圈：地平圈；原點(diǎn)

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

15、天體的時(shí)角“與時(shí)俱增 ”）。上圖第一赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。上圖第一赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上天赤道上4個(gè)相距個(gè)相距90的點(diǎn)：東、的點(diǎn)：東、西、上、下點(diǎn)；得到子午圈和六時(shí)西、上、下點(diǎn)；得到子午圈和六時(shí)圈。圈。下圖天體第一赤道坐標(biāo)系：下圖天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時(shí)角赤緯和時(shí)角5、第二赤道坐標(biāo)系、第二赤道坐標(biāo)系 (也稱赤道坐標(biāo)系也稱赤道坐標(biāo)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(diǎn)：基圈：天赤道；原點(diǎn)：春分點(diǎn)；始圈：春分圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：赤經(jīng)，自天赤道向東度量（為使春分點(diǎn)沿天赤道向東度量，即當(dāng)時(shí)的“恒星時(shí)”）。下圖第二赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。下圖第二赤

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

17、圈和二至圈。至圈。下圖天體的黃道坐標(biāo)系：下圖天體的黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)黃緯和黃經(jīng) 7、各種天球坐標(biāo)的區(qū)別、各種天球坐標(biāo)的區(qū)別 地平坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系 仰極高度天頂赤緯當(dāng)?shù)鼐暥妊鰳O高度天頂赤緯當(dāng)?shù)鼐暥?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(shí)角；二者的具體差異與當(dāng)?shù)氐木暥扔嘘P(guān)；仰極高度體現(xiàn)地平系統(tǒng)與第一赤道向系統(tǒng)的關(guān)系。 第二赤道坐標(biāo)系與黃道坐標(biāo)系 赤經(jīng)和黃經(jīng)都向東度赤經(jīng)和黃經(jīng)都向東度量，有共同的原點(diǎn)（量，有共同的原點(diǎn)（春分點(diǎn)）。但第一赤春分點(diǎn)）。但第一赤道坐標(biāo)系以天赤道為道坐標(biāo)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(biāo)系以黃道；黃道坐標(biāo)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(jīng)不同同于黃緯，赤經(jīng)不同于黃經(jīng)。于黃經(jīng)。 第二赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系第二赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系 第一赤道坐標(biāo)系與第二赤道坐標(biāo)系第一赤道坐標(biāo)系與第二赤