天體和天球及其坐標(biāo)系統(tǒng)

第二章天體和天球及其坐標(biāo)系統(tǒng)2.1天體和天體系統(tǒng)2.1.1天體概念及主要天體介紹1.天體概念目前把天體認(rèn)為是宇宙間各種星體的總稱。包括：恒星（如太陽(yáng)）、行星（如地球）、衛(wèi)星（如月亮）、彗星、流星體、隕星、小行星、星團(tuán)、星系、星際物質(zhì)以及暗物質(zhì)等。2.主要天體介紹

恒星

是天體中的主體。①恒星并非不動(dòng)。②由熾熱的氣體組成的僅是恒星的大氣，恒星的內(nèi)部，特別是內(nèi)核密度都很大，顯然不一定是由氣體組成。③恒星有許多種類，恒星有生有滅。

行星

指繞恒星運(yùn)行、自身不會(huì)發(fā)可見光的天體。衛(wèi)星

指繞行星運(yùn)行、自身不會(huì)發(fā)可見光、以其表面反射恒星光而發(fā)亮。彗星

主要由冰物質(zhì)組成，以圓錐曲線(包括橢圓、拋物線和雙曲線)軌道繞恒星運(yùn)行，當(dāng)靠近恒星時(shí)，因冰物質(zhì)受熱融化，蒸發(fā)或升華，并在恒星粒子流（如太陽(yáng)風(fēng)）的作用下拖出尾巴的天體。至今人們也僅觀察到太陽(yáng)系內(nèi)的彗星。DestructionofSun-GrazingCometC/2011N3(SOHO)WithintheLowSolarCorona,C.J.Schrijver,J.C.Brown,K.Battams,P.Saint-Hilaire,W.Liu,H.Hudson,W.D.Pesnell,Science20January2012,Vol.335no.6066pp.324-328流星體

是繞恒星運(yùn)行的質(zhì)量較小的天體，其軌道千差萬(wàn)別。在太陽(yáng)系中有些流星體是成群的，稱為流星群。當(dāng)流星體或群進(jìn)入地球大氣層時(shí)，由于速度很高，進(jìn)入地球大氣層因摩擦生熱燃燒發(fā)光，形成明亮的光跡，稱為流星現(xiàn)象。大流星體未燃盡而降落在地面稱為隕星。隕星中含有許多種礦物元素，近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)在隕石中存在有機(jī)物。

星云和星系

星云是指銀河系空間氣體和微粒組成的星際云。一般它們體積和質(zhì)量較大，但密度較??；形狀不一，亮暗不等。過(guò)去在星云性質(zhì)不清楚之前，把星云分為河內(nèi)星云和河外星云兩種。河內(nèi)星云實(shí)質(zhì)就是"星云"，是銀河系內(nèi)的一些星際物質(zhì)；河外星云就是現(xiàn)在說(shuō)的河外星系，簡(jiǎn)稱"星系“.星際物質(zhì)

恒星之間的物質(zhì)，包括星際氣體、星際塵埃和各種各樣的星際云，還包括星際磁場(chǎng)和宇宙線，統(tǒng)稱為星際物質(zhì)。在現(xiàn)代天體物理中星際物質(zhì)研究越來(lái)越受到重視。獵戶座大星云銀河系全景圖人造天體

在1957年人造衛(wèi)星上天以后才有的天體?，F(xiàn)有人造衛(wèi)星、宇航器（宇宙飛船）和空間站等。雖然有的人造天體已瓦解，失去設(shè)計(jì)時(shí)功能，但每一塊小碎片（宇宙垃圾）仍然是人造天體。現(xiàn)運(yùn)行在空間的人造天體已有上萬(wàn)個(gè)。可視天體和暗物質(zhì)

在大量的宇宙物質(zhì)中，人類把看得見的（在可見光波段）稱為可視物質(zhì)，看不見的稱為不可視物質(zhì)或暗物質(zhì)。據(jù)現(xiàn)代天文研究，宇宙中存在大量暗物質(zhì)。約有12000塊太空碎片圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)2.1.2天體系統(tǒng)在引力的作用下，鄰近的天體會(huì)集結(jié)在一起，組成互有聯(lián)系的系統(tǒng)，這就是天體系統(tǒng)。也可以表述為：天體系統(tǒng)是互有引力聯(lián)系的若干天體所組成的集合體。1.天體系統(tǒng)概念2．主要天體系統(tǒng)

木星是人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的天然衛(wèi)星最多的行星，目前已發(fā)現(xiàn)63顆衛(wèi)星地月系統(tǒng)太陽(yáng)系銀河系星系群星系團(tuán)超星系團(tuán)總星系2.2天球和天球坐標(biāo)以觀測(cè)者為中心，以任意長(zhǎng)為半徑的假想的球，稱為天球。2.2.1天球視位置定義為：把不同遠(yuǎn)近的星星與觀測(cè)者的眼睛連成的直線延長(zhǎng)，它們和天球相交的點(diǎn)，即星星在天球上的投影。天球是存在中心的選擇不同的天球中心：觀測(cè)者→觀測(cè)者天球地心→地心天球（主要用于表示太陽(yáng)系外天體的是運(yùn)動(dòng)和視位置）日心→日心天球（主要用于表示太陽(yáng)系內(nèi)天體的是運(yùn)動(dòng)和視位置）天球的半徑是任意的它包容一切，不論天體如何遙遠(yuǎn)，天球上總有它的位置在同一視線上的不同遠(yuǎn)近的星球，在天球上的視位置是重合的所有互相平行的直線向同一方向延長(zhǎng)，和天球交于一點(diǎn)這是因?yàn)樘烨虬霃綗o(wú)限大，所以觀測(cè)者的任何位移都比圓球半徑小得多。幾個(gè)天球相關(guān)的性質(zhì)球面的幾何性質(zhì)用任何一個(gè)平面切割球面，切痕都是圓。如果切割平面過(guò)球心，圓的直徑最大，稱為大圓。不過(guò)球心時(shí)，圓的直徑較小，稱為小圓；球面上任意兩點(diǎn)之間的連線以大圓弧最短；通過(guò)球面上任意兩點(diǎn)（與球心同在同一直線上的兩點(diǎn)除外）可以做唯一的大圓；球面上任意兩個(gè)不同的大圓必然相交與兩點(diǎn)，該兩點(diǎn)的連線比過(guò)球心；5.通過(guò)大圓中心（球心）做大圓平面的垂直線，與球面相交的兩點(diǎn)稱為該大圓的極。通過(guò)大圓的極的任意一個(gè)大圓都與原來(lái)的大圓垂直。從大圓上任意一點(diǎn)到極的大圓弧長(zhǎng)度都是90°.兩個(gè)大圓的交點(diǎn)是通過(guò)大圓的極的大圓的極。2.2.2常用的天球坐標(biāo)系建立球面坐標(biāo)的三個(gè)條件選擇一條通過(guò)球心的直線作為基本軸，或選擇一個(gè)特定的大圓作為基本大圓?；据S與基本大圓垂直，基本軸與球面的交點(diǎn)就是基本大圓的極；選擇球面上除極點(diǎn)外的任一點(diǎn)作基本點(diǎn)；約定坐標(biāo)量度的方法和范圍球面坐標(biāo)的基本要素地球坐標(biāo)系統(tǒng)的基本要素地球坐標(biāo)系統(tǒng)：基本軸：地球自轉(zhuǎn)軸基本軸與地球表面的兩個(gè)交點(diǎn)是南北極基本大圓：赤道基本點(diǎn)：英國(guó)格林尼治天文臺(tái)所在地G地球表面任意地點(diǎn)A有兩個(gè)坐標(biāo)：地理經(jīng)度和地理緯度。通過(guò)北極（或南極）和A點(diǎn)做大圓與赤道交于A’點(diǎn)，通過(guò)北極過(guò)G點(diǎn)做大圓和赤道交與G’點(diǎn)，弧長(zhǎng)AA’則為地理緯度，弧長(zhǎng)G’A’為地理經(jīng)度。緯度由赤道向兩極度量，正負(fù)各90°，約定北向?yàn)檎蚰蠟樨?fù)；經(jīng)度由G’點(diǎn)向東西度量，正負(fù)各180°，約定向西為正，向東為負(fù)。合肥的坐標(biāo)為北緯32°（+32°）、東經(jīng)117°（-117°）。天球上的基本圈和基本點(diǎn)天頂和天底

沿觀測(cè)者頭頂所指的方向作鉛直線向上無(wú)限延伸，與天球相交的一點(diǎn)稱為天頂（Z）；天球上距天頂180°的點(diǎn)，即鉛垂線在觀測(cè)者腳底向地平以下無(wú)限延伸，與天球相交的另一點(diǎn)稱為天底（Zˊ），觀測(cè)者的眼睛則為天球的中心。地平圈

通過(guò)地心，并垂直于觀察者所在地點(diǎn)的垂線的平面與天球相割而成的圓為地平圈，也就是人們平時(shí)所說(shuō)的地平線(不過(guò)平常所說(shuō)的地平線沒有如此嚴(yán)格的定義)。或表述為通過(guò)天球中心而垂直于天頂和天底聯(lián)線的平面稱為地平面，地平面與天球相交而成的大圓NWSE，稱為地平圈。地平圈把天球分成可見和不可見的兩個(gè)半球。天體在地平上以上可見。天體每日視運(yùn)動(dòng)運(yùn)行到距地平圈以上最高點(diǎn)稱為上中天，運(yùn)行到距地平圈最低點(diǎn)稱為下中天。北天極和南天極

地軸無(wú)限延伸，就成天軸。天軸與天球相交的點(diǎn)就是天極。天極有兩個(gè)：北向的稱北天極（P）；南向的稱為南天極（Pˊ），有人稱“天北極”和“天南極”。離北天極約1°處有一顆不太亮的星，即小熊座α，中名"勾陳一"，是北極星。天南極及其近旁沒有亮星，故沒有南極星，所謂"南極老人星"，其實(shí)離天南極很遠(yuǎn)，離天赤道反而近，只因我國(guó)地處北半球，北方根本看不到這顆星，南方看那顆星在南邊天際。故有人稱它為"南極老人星"(即船底座α)。天赤道

與北天極和南天極距離相等，且垂直于天軸的大圓，稱為天赤道，即地球赤道平面任意擴(kuò)展與天球相割而成的圓，稱天赤道。實(shí)際上，它是地球赤道的無(wú)限擴(kuò)大。它把天球分成南北兩個(gè)半球。四方點(diǎn)（或四正點(diǎn)）

通過(guò)天頂和天底，北天極和南天極的大圈與地平圈相交的兩點(diǎn)中，靠近南天極的那一點(diǎn)稱為南點(diǎn)（S）；靠近北天極的另一點(diǎn)稱為北點(diǎn)（N）。從北往南看，自北點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的那一點(diǎn)為東點(diǎn)（E），與東點(diǎn)相距180°的點(diǎn)稱為西點(diǎn)（W）?；虮硎鰹樵谀车乜磥?lái)地平圈與天赤道相交的兩點(diǎn)就是東點(diǎn)(E)和西點(diǎn)(W)，它們?cè)谡龞|方向和正西方向。地平圈上與它們相距90°的兩個(gè)點(diǎn)就是南點(diǎn)(S)和北點(diǎn)(N)，分別在正南方向和正北方向。S、N、E、W合稱為四方點(diǎn)子午圈

通過(guò)天頂和北天極同時(shí)又過(guò)北點(diǎn)和南點(diǎn)的大圈PZSPˊZˊNP，稱為子午圈。卯酉圈

通過(guò)天頂和天底同時(shí)又過(guò)東、西點(diǎn)的大圈ZEZˊW，稱為卯酉圈。六時(shí)圈

通過(guò)北天極和天南極，同時(shí)又過(guò)東、西點(diǎn)的大圈PEPˊW，稱為六時(shí)圈。地平圈、天赤道、黃道、子午圈、卯酉圈和六時(shí)圈均為大圓。其中地平圈、天赤道、黃道為基本圈（簡(jiǎn)稱基圈）；子午圈、卯酉圈和六時(shí)圈為輔圈。黃道和黃極

通過(guò)天球中心作一與地球公轉(zhuǎn)軌道面疊加的無(wú)限平面，這一平面叫黃道面，黃道面與天球相交的大圓，稱為黃道。即地球繞日公轉(zhuǎn)軌道平面任意擴(kuò)展，與天球相割而成的圓為黃道。通過(guò)天球中心作一垂直于黃道面的直線，使該線與天球相交于兩點(diǎn)，其中靠近北天極P的那一點(diǎn)為北黃極（K）；靠近南天極Pˊ的另一點(diǎn)則為南黃極（Kˊ）。銀道和銀極

在天球上沿著銀河中心畫出的大圓稱為銀道，它是銀河系平均平面與天球相交的大圓，它與天赤道相交成約63.5°的交角。銀河所在的平面稱為銀道面，在銀道兩側(cè)與銀道相距90°的兩點(diǎn)，稱為銀極?？拷碧鞓O的那一點(diǎn)稱為北銀極（NGP），靠近南天極的那一點(diǎn)稱為南銀極（SGP）。二分二至點(diǎn)3/19，20，21，春分；6月21日或22日，夏至9/22或23，秋分12月21日至23日之間，冬至2.2.2.1地平坐標(biāo)系基本軸：

鉛垂線基本大圓：與鉛垂線垂直的地平圈E-S-W-N天頂：觀測(cè)者頭頂正上方地平圈：觀測(cè)者所見的天與地相接的大圓就是地平圈基本點(diǎn)：天北極（對(duì)于南半球的觀測(cè)者就是天南極）,也就是地球自轉(zhuǎn)軸延長(zhǎng)后與天球的交點(diǎn)。天北極旁（實(shí)際相差1度左右）剛好有一顆小恒星-小熊座α，稱為北極星。坐標(biāo)量度方向和范圍：通過(guò)天頂Z和天北極做一大圓與地平圈相交于N和S，稱為北點(diǎn)和南點(diǎn)，這是定義地面南北方的基準(zhǔn)點(diǎn)，與之垂直的為東點(diǎn)和西點(diǎn)，東西南北按順時(shí)針?lè)较蚺判颉５仄阶鴺?biāo)系的一對(duì)坐標(biāo)是高度h（也叫地平緯度）和方位角A（也叫地平經(jīng)度）。約定高度從地平圈向天頂（或天底）度量，正負(fù)各為90°，向上為正，向下為負(fù);方位角從南點(diǎn)（S點(diǎn)）向東向西量度正負(fù)各180°，向東為負(fù)，向西為正。思考題：對(duì)于圖中的星M，假設(shè)其高度角大小絕對(duì)值為h，方位角為A，其地平坐標(biāo)為？（h,A）2.2.2.2第一赤道坐標(biāo)系（時(shí)角坐標(biāo)系）基本軸：

地球自轉(zhuǎn)軸基本大圓：天赤道，也就是地球赤道平面延展以后與天球相交的大圓，自然天體東升西落的運(yùn)動(dòng)總是沿著與天赤道平行的小圓進(jìn)行的?；军c(diǎn)：上點(diǎn)Q（子午圈與天赤道存在兩個(gè)交點(diǎn)，在天赤道上方的為上點(diǎn)，下方的為下點(diǎn)。）天體如M在第一赤道坐標(biāo)系系中的坐標(biāo)用赤緯δ和時(shí)角t表示。赤緯角度以天赤道開始度量，往北為正，往南為負(fù)。時(shí)角以上點(diǎn)Q為原點(diǎn)，沿天赤道向西度量。以時(shí)、分、秒的單位代替度、分、秒的單位，從0h到24h。注意：這里的時(shí)、分、秒仍是角度量，也稱為時(shí)角、時(shí)分和時(shí)秒。只是名稱和換算比例改變一下。因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)一周為24小時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)一周為360，故有1h=15°，1m=15’,1s=15’’思考：北京的經(jīng)度為:116°20’，其也可以表示為?7h45m20s2.2.2.3第二赤道坐標(biāo)系基本軸：

地球自轉(zhuǎn)軸基本大圓：天赤道，也就是地球赤道平面延展以后與天球相交的大圓，自然天體東升西落的運(yùn)動(dòng)總是沿著與天赤道平行的小圓進(jìn)行的?；军c(diǎn)：春分點(diǎn)天體，在赤道坐標(biāo)系中的一對(duì)坐標(biāo)是赤緯δ和赤經(jīng)α。約定赤緯從赤道向天北極和天南極度量，正負(fù)各90°，向北為正。赤經(jīng)從春分點(diǎn)算起，沿天赤道向東度量。赤道坐標(biāo)系沒有地平坐標(biāo)系直觀，因?yàn)槿藗兒茈y憑感官判斷天赤道在天上的位置，更無(wú)法確定春分點(diǎn)是天上哪一點(diǎn)。但第二赤道坐標(biāo)系與觀測(cè)者所在的地面位置無(wú)關(guān)，對(duì)任何地點(diǎn)都是一樣的。但第二赤道坐標(biāo)系的基本大圓和基本點(diǎn)都和天體一樣參與東升西落的周日視運(yùn)動(dòng)，因而天體的赤道坐標(biāo)不因東升西落而變化，是相對(duì)固定的。第二赤道坐標(biāo)系與地平坐標(biāo)系的優(yōu)缺點(diǎn)剛好互補(bǔ)。天文學(xué)中更常使用的是第二赤道坐標(biāo)系。2.2.2.4黃道坐標(biāo)系基本大圓：黃道面基本軸：

與黃道面垂直的軸，它與天球的交點(diǎn)為北黃極K和南黃極K’?；军c(diǎn)：春分點(diǎn)它的緯線是黃道和天球上與黃道平行的圓，稱黃緯圈。黃道是最大的黃緯圈。它的經(jīng)線是天球上通過(guò)兩個(gè)黃極的圓，稱黃經(jīng)圈，其中通過(guò)春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈是始圈。它的緯度稱為黃緯（β），是天體對(duì)于黃道的角距離，用角度表示，以黃道為起始，在天體所在的黃經(jīng)圈上向北度量，從0至±90°，北半球的習(xí)慣是黃道以北為正，以南為負(fù)。它的經(jīng)度稱為黃經(jīng)(λ)，是天體對(duì)于春分點(diǎn)所在的黃經(jīng)圈的角距離，以春分點(diǎn)為原點(diǎn)，沿黃道向東度量，自0°到360°。思考題：太陽(yáng)的黃緯為多少？0°2.2.2.5幾個(gè)坐標(biāo)系的主要區(qū)別和聯(lián)系相同點(diǎn)：經(jīng)度（方位與時(shí)角）都是向西度量；以子午圈為始圈不同點(diǎn)：地平坐標(biāo)系以地平圈為基圈，因而以南點(diǎn)為原點(diǎn)；第一赤道坐標(biāo)系以天赤道為基圈，因而以上點(diǎn)Q為原點(diǎn)。

天體的高度便不同于赤緯，方位也不同于時(shí)角。

它們之間的具體差異，與當(dāng)?shù)氐木暥扔嘘P(guān)；緯度愈高，二者愈接近。在南北兩極，天赤道與地平圈重合，天北極位于天頂。這時(shí)，高度就是赤緯，方位等于時(shí)角。地平坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系體現(xiàn)地平坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系的聯(lián)系，有如下關(guān)系式：

在同一地點(diǎn)有：天極的高度(hp)=地理緯度(φ)=天頂?shù)某嗑?δZ)；天球的南北兩極，一個(gè)在地平以上，叫做仰極；另一個(gè)在地平以下，叫做俯極。對(duì)北半球來(lái)說(shuō)，仰極就是天北極。一地的緯度與當(dāng)?shù)靥祉數(shù)某嗑晫儆谕粋€(gè)角，它等于當(dāng)?shù)匮鰳O的高度，二者都是天頂極距的余角。在我國(guó)歷史上，仰極高度被稱為北極高。人們正是根據(jù)這一原理來(lái)測(cè)定所在地的緯度。第二赤道坐標(biāo)系與黃道坐標(biāo)系相同點(diǎn)：經(jīng)度（赤經(jīng)和黃經(jīng)）都是向東度量；基本點(diǎn)（春分點(diǎn)不同點(diǎn)：第二赤道坐標(biāo)系以天赤道為基圈，因而以春分圈為始圈；黃道坐標(biāo)系以黃道為基圈，因而以無(wú)名圈為始圈。這樣，天體的赤緯不同于黃緯，赤經(jīng)不同于黃經(jīng)。它們之間的具體差異，同黃赤交角有關(guān)。第一赤道坐標(biāo)系與第二赤道坐標(biāo)系相同點(diǎn)：都以天赤道為基圈，因而有共同的緯度（赤緯）不同點(diǎn)：經(jīng)度。第一赤道坐標(biāo)系以午圈為始圈，其經(jīng)度（時(shí)角）自上點(diǎn)Q向西度量。第二赤道坐標(biāo)系以春分圈為始圈，其經(jīng)度（赤經(jīng)）自春分點(diǎn)向東度量。天體的時(shí)角不同于赤經(jīng)；二者的具體差異，同當(dāng)時(shí)的恒星時(shí)有關(guān)。任何時(shí)刻的恒星時(shí)，等于當(dāng)時(shí)中天恒星的赤經(jīng)（也即上點(diǎn)赤經(jīng)），這為恒星時(shí)的測(cè)定提供極大的方便。所以任何瞬間同一天體的時(shí)角(tM)與赤經(jīng)(αM)之和等于春分點(diǎn)的時(shí)角(tr)也等于當(dāng)時(shí)天頂?shù)某嘟?jīng)(aZ)；即am+tm=tr=az。

任意兩地同一瞬間測(cè)得同一天體的時(shí)角之差等于這兩地的經(jīng)度差。即：λA-λB=tA-tB。幾種坐標(biāo)系的比較其中h為高度，Φ為地理緯度，δ為天體的赤緯，t為時(shí)角，A為方位角2.3天體的周日運(yùn)動(dòng)和太陽(yáng)的周年運(yùn)動(dòng)地球自轉(zhuǎn)從北往下看是逆時(shí)針?lè)较?，從南往上看是順時(shí)針?lè)较蚍较颍ǖ厍蜃赞D(zhuǎn).swf）。人站在地球上，不覺得地球自轉(zhuǎn)，只看到天球在反方向旋轉(zhuǎn)，每24小時(shí)旋轉(zhuǎn)一圈，稱為天球的周日視運(yùn)動(dòng)。所有的天體都參與周日運(yùn)動(dòng)。在不考慮天體自身運(yùn)動(dòng)的情況下，所有天體均沿著與赤道平行的小圓繞天極旋轉(zhuǎn)，這樣的小圓稱為周日平行圈。只有赤道上的天體才沿赤道做大圓運(yùn)動(dòng)。南北兩極不參加周日視運(yùn)動(dòng)。用相機(jī)對(duì)準(zhǔn)北天極方向曝光一個(gè)小時(shí)左右成像圖。圖中的亮線對(duì)應(yīng)各天體繞天極旋轉(zhuǎn)的軌跡。不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)在不同緯度觀測(cè)天體，所見的天球范圍和周日圈情況是不同。根據(jù)天球上坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，對(duì)于北極星，始終有：δ=90，即sinh=sin?h=?北極

站在北極，此時(shí)地理緯度?=90,即h=90。在這種情況下，赤道就是地平圈，也即所有的天體都沿著水平的小圓運(yùn)動(dòng)，不升也不落。2.人站在赤道

在赤道處地理緯度?=0,即h=0,也即北極星在地平線上，赤道通過(guò)天頂。所有的天體，包括太陽(yáng)，都直上直下的運(yùn)動(dòng)，在地平線以上的時(shí)間和在地平線以下的時(shí)間一樣，都是12個(gè)小時(shí)，一年四季都晝夜平分。3.人站在任意緯度?處當(dāng)人站在任一緯度處，此時(shí)有h=?。赤道以北的天體(δ>0),從東偏北升起，從西偏北處落下，在地平線以上的時(shí)間大于在地平線以下的時(shí)間;在赤道以南的天體(δ<0)，從東偏南處升起，從西偏南處落下，在地平線以上的時(shí)間小于地平以下的時(shí)間。根據(jù)時(shí)角坐標(biāo)和第一赤道坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式有：上中天時(shí)

t=0°Sinh=sin?sinδ+cos?cosδsinh=cos(?-δ)h=90°-|?-δ|下中天時(shí)t=180°Sinh=sin?sinδ-cos?cosδsinh=-cos(?+δ)h=-90°+|?-δ|天體在地平面上方（h>0）為可見天體。在北半球，?>0,滿足條件為δ>90°-?的天體，在下中天時(shí)h仍大于0，即在一天當(dāng)中高度最低的時(shí)候仍然在地平線以上，不落入地下，這類天體稱為永不落天體;滿足條件δ<-(90°-?)的天體，在上中天時(shí)高度仍小于0，即在一天中高度最高的時(shí)候仍然在地平線以下，不升出地平，稱為永不升天體。對(duì)于南半球觀測(cè)者，?為負(fù)值，天體永不落條件為δ<-(90°+?)，天體永不升條件為δ>(90°+?)2.2.2.7太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的反映。。思考題：根據(jù)定義，春分、夏至、秋分和冬至點(diǎn)的赤緯分別為多少？0，23°26’，0，-23°26’太陽(yáng)在天球上做周年視運(yùn)動(dòng)時(shí)，它依然跟隨天球做周日視運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)的方向與地球公轉(zhuǎn)的真實(shí)方向是一致的，也與地球自轉(zhuǎn)的真實(shí)方向是一致的。但是在天球上看到的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的方向與地球的周日視運(yùn)動(dòng)方向剛好相反，也就是說(shuō)在天球上看到的太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)的方向與周日視運(yùn)動(dòng)的方向剛好相反。太陽(yáng)參與周日視運(yùn)動(dòng)，是東升西落，自東向西；同時(shí)太陽(yáng)相對(duì)于星空背景的周年視運(yùn)動(dòng)，是自西向東。正是因?yàn)橛辛颂?yáng)周年視運(yùn)動(dòng)，才有四季星空的變化。下圖給出：獅子、天琴、飛馬和獵戶四季星空中著名的星座，太陽(yáng)沿箭頭所示方向做周年視運(yùn)動(dòng)，中央的圓代表地球，對(duì)著太陽(yáng)的一面是白天，背著太陽(yáng)的一面是黑夜。地球上站著一個(gè)半夜看星的人。春季里，太陽(yáng)在飛馬座附近，半夜時(shí)，人們當(dāng)空看到的是獅子座；夏季時(shí)，太陽(yáng)移到獵戶座，半夜當(dāng)空的是天琴座；秋季里，太陽(yáng)在獅子座中，飛馬座稱為半夜星空的主角；到冬季，太陽(yáng)移向天琴座，人們半夜見到的獵戶座。同樣，一夜之間星空也會(huì)發(fā)生變化。冬季和夏季主要是由于太陽(yáng)入射角不同照成的。對(duì)于北半球的居民，最冷的時(shí)候并不是離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的時(shí)候！地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)過(guò)近日點(diǎn)的日期只比冬至?xí)r晚10天。由于地面和低層大氣需要有一個(gè)逐漸散熱降溫或積蓄能量的滯后過(guò)程，故最冷和最熱的時(shí)候并不是在冬至和夏至，而是在其后一個(gè)月。太陽(yáng)的白夜和黑晝白夜是指夏至前后，夜晚太陽(yáng)到達(dá)下中天位置時(shí)，它仍留在地平面以上，此時(shí)整個(gè)夜晚如同白晝，故稱白夜。黑晝則是指冬至日前后，太陽(yáng)在上中天時(shí)仍在地平線以下，故整個(gè)白天天空漆黑一片，稱為黑晝。思考：在北半球什么部分有可能出現(xiàn)白夜和黑晝？形成白夜的條件即太陽(yáng)永不落的條件，有：δ≥90°-?。在夏至前后，太陽(yáng)可能的最大赤緯為23°26’，即δ≤23°26’。于是有:?≥90-δ≥90-23°26’=66°34’。形成黑晝的條件即太陽(yáng)永不升的條件，有δ≤-(90°-?)=?-90，即：?≥90+δ,而δ≥-23°26’,于是有?≥90+δ≥90+（-23°26’）=66°34’。從推導(dǎo)可以看出，緯度越高的地區(qū)，將可能出現(xiàn)更多的白夜或者黑晝。在北極地區(qū)，從秋分到春分這半年中，太陽(yáng)一直無(wú)法升到地平線上，這半年都為白夜。思考題：討論在北半球緯度<23°26’的地區(qū)太陽(yáng)的高度h的情況？根據(jù)高度的計(jì)算公式h=90°-|?-δ|，可知在?<2