第一章地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)(2012級(jí)用)

地球概論廉麗姝曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院llsh8210@163.com2/5/20231引言課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)目的2/5/20232課程介紹1、課程性質(zhì)：《地球概論》是高等師范院校地理科學(xué)類專業(yè)的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)課程2、主要內(nèi)容：關(guān)于行星地球的基礎(chǔ)知識(shí)，包括兩部分：地球天文學(xué)和地球物理學(xué)。前者主要是講解地球宇宙環(huán)境、地球運(yùn)動(dòng)及其地理意義，及地球和月球的關(guān)系，而以地球、太陽(yáng)、月球的相互關(guān)系為主；后者主要講解地球形狀、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。在學(xué)習(xí)這些知識(shí)之前，需先學(xué)習(xí)地理坐標(biāo)和天球坐標(biāo)。3、學(xué)習(xí)目標(biāo)天文學(xué)3課程內(nèi)容2/5/20233學(xué)習(xí)目標(biāo)了解地球的宇宙環(huán)境；掌握地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，理解地球運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的地理意義、及其對(duì)地理環(huán)境產(chǎn)生的重要影響；通過(guò)學(xué)習(xí)樹(shù)立辯證唯物主義的自然觀；為學(xué)習(xí)其它自然地理課程奠定基礎(chǔ)。2/5/20234主要參考書(shū)金祖孟、陳自悟編著，《地球概論》（第三版），高等教育出版社，1997余明主編，《簡(jiǎn)明天文學(xué)教程》（第二版），科學(xué)出版社，20072/5/20235（1）天文學(xué)的研究對(duì)象和方法是自然科學(xué)中的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科研究對(duì)象是天體（構(gòu)造、性質(zhì)、運(yùn)行規(guī)律）以對(duì)天體的觀測(cè)作為基本的研究方法天文學(xué)研究的重大課題之一是各類天體的起源和演化地球概論與天文學(xué)2/5/20236（2）天文學(xué)的主要分支

天文學(xué)中習(xí)慣于按照觀測(cè)手段和研究方法來(lái)分類按照觀測(cè)手段光學(xué)天文學(xué)、射電天文學(xué)、紅外線天文學(xué)、X射線天文學(xué)、伽馬射線天文學(xué)、空間天文學(xué)按照研究方法天體測(cè)量學(xué)、天體力學(xué)、天體物理學(xué)2/5/20237天體測(cè)量學(xué)

天文學(xué)中最先發(fā)展起來(lái)的一個(gè)分支。主要任務(wù)是研究和測(cè)定天體的位置和運(yùn)動(dòng)，并建立基本參考坐標(biāo)系和確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)。天體力學(xué)研究天體運(yùn)動(dòng)和天體形狀的科學(xué)。天體物理學(xué)運(yùn)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的科學(xué)。2/5/202382/5/20239地球作為一顆普通的行星，其形成、演化及重大地質(zhì)歷史事件無(wú)不與其宇宙環(huán)境有關(guān)。2/5/202310

第一章

地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)第二章地球的宇宙環(huán)境第三章地球的運(yùn)動(dòng)第四章地球運(yùn)動(dòng)的地理意義第五章地球和月球第六章地球的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)2/5/202311第一章地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)§1.1地理坐標(biāo)一、地球上的經(jīng)線和緯線

二、地球上的方向和距離

三、地球上的經(jīng)度和緯度

四、地理坐標(biāo)§1.2天球坐標(biāo)一、天球二、天球上的基本點(diǎn)和圓三、天球上的方向和距離四、天球坐標(biāo)§1.22/5/202312一、地球上的經(jīng)線和緯線地球的形狀地軸、地球的兩極經(jīng)線和緯線都是地球上的圓大圓：同一球面上最大的圓，其圓心即為球心；小圓：大圓以外的圓。1、地球上的緯線2、地球上的經(jīng)線地球的形狀2/5/202313人類對(duì)地球形狀的認(rèn)識(shí)過(guò)程古代，“天圓地方”圓球形古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯古希臘科學(xué)之父亞里士多德（圖）16世紀(jì)初，環(huán)球航行(哥倫布,1492；麥哲倫，1519-1522）扁球體18世紀(jì)初，法國(guó)天文學(xué)家里奇不規(guī)則的橢球體不規(guī)則2/5/202314《天論》中指出：大地實(shí)際上應(yīng)該是球體，一部分是陸地，一部分是海洋，外面則包圍著空氣。2/5/2023152/5/2023162/5/2023172/5/202318赤道直徑12756.32km兩極直徑12713.51km圓橢圓2/5/202319

大地水準(zhǔn)面是一個(gè)不考慮海陸差異、不受波浪、潮汐、水流和大氣擾動(dòng)等影響的靜止平均海平面，并且是延伸到大地內(nèi)部、連續(xù)封閉的和微有起伏的復(fù)雜曲面，其總的形狀非常接近三軸橢球體。2/5/2023202/5/202321赤道半徑：6378.140km極半徑：6356.755km扁率：1/298.257平均半徑：6371km2/5/202322一、地球上的經(jīng)線和緯線1、地球上的緯線(parallel)——垂直于地軸的平面同地球相割而成的圓（圖）緯線相互平行;大小不等;赤道(equator)：緯線中唯一的大圓，將地球分為南北半球。經(jīng)線2/5/2023232/5/2023242、地球上的經(jīng)線(meridian)——通過(guò)地軸的平面同地球相割而成的圓；圖經(jīng)線都在兩極相交；都是大圓（通常指它的半圓），大小相同；本初子午線：通過(guò)英國(guó)Greenwich(格林尼治)天文臺(tái)的0°經(jīng)線（1884年確定）。2/5/202325圖經(jīng)線和緯線緯線平面垂直于地軸，經(jīng)線平面都通過(guò)地軸2/5/202326英國(guó)Greenwich天文臺(tái),現(xiàn)為天文博物館天文臺(tái)內(nèi)展出早期的天文望遠(yuǎn)鏡、星象圖和天文鐘等2/5/202327通過(guò)Greenwich天文臺(tái)的本初子午線(0°經(jīng)線)。通過(guò)Greenwich天文臺(tái)內(nèi)古老的

天文望遠(yuǎn)鏡觀察宇宙2/5/202328二、地球上的方向和距離1、地球上的方向

通常指地平面上的方向與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)，根據(jù)地球上的經(jīng)線和緯線確定（1）南北方向（經(jīng)線方向），有限方向；（2）東西方向（緯線方向），無(wú)限方向；

理論上“亦東亦西”；實(shí)際上“非東即西”2/5/202329圖地球自轉(zhuǎn)方向—向東在北半球看，呈逆時(shí)針?lè)较?；在南半球看，呈順時(shí)針?lè)较?/5/2023302/5/202331二、地球上的方向和距離2、地球上的距離（1）地球上的距離首先是角距離；（2）角距離與線距離的換算:海里（經(jīng)度1分的弧長(zhǎng)）千米與角距離2/5/202332應(yīng)用球心角來(lái)計(jì)算地表距離，需要一個(gè)前提條件，即假設(shè)地球?yàn)檎蝮w?？砂讶我鈨傻攸c(diǎn)，都看作是地球上同一個(gè)大圓上的兩個(gè)點(diǎn)，它們間的連線距離也就是該兩點(diǎn)間大圓弧段的長(zhǎng)。地球大圓一度弧長(zhǎng)為111.1千米。知道了與弧段相對(duì)應(yīng)的角距離，計(jì)算弧段的長(zhǎng)就很容易了。2/5/202333①同一經(jīng)線上兩點(diǎn)之間距離的計(jì)算②不同經(jīng)線上兩點(diǎn)之間距離的計(jì)算同一緯度？——赤道上——其它緯圈上2/5/202334不同經(jīng)度兩點(diǎn)間的距離球面三角形的基本知識(shí)球面三角形的余弦公式2/5/202335球面上的三個(gè)點(diǎn)，每?jī)牲c(diǎn)之間用大圓劣弧相連接，三弧所圍成的球面部分稱為球面三角形。球面三角形余弦定律：在球面三角形中，任意一邊所對(duì)應(yīng)球心角的余弦等于其他兩邊各自對(duì)應(yīng)球心角的余弦乘積加上這兩邊各自對(duì)應(yīng)球心角的正弦及任意的那條邊在球面三角形中對(duì)應(yīng)角的余弦三項(xiàng)乘積。

cosa=cosbcosc+sinbsinccosA

球面三角形正弦定律：在球面三角形中，任意一邊所對(duì)應(yīng)球心角的正弦與該邊所在球面三角形中的對(duì)應(yīng)角的正弦的比值相等。sina/sinA=sinb/sinB=sinc/sinC2/5/202336基本性質(zhì)1、a+b>c,a-b<c,其它邊類推2、0?<a+b+c<360?

3、180?<A+B+C<540?

4、-180?<A+B-C<180?，余類推5、(a-b)與(A-B)同號(hào)或同為零，余類推6、(a+b-180?)與(A+B-180?)同號(hào)或同為零，余類推2/5/202337三、經(jīng)度和緯度是經(jīng)線和緯線的“編號(hào)”，本身代表一種角度1、緯度：一地相對(duì)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。2/5/2023382、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。2/5/202339圖經(jīng)度和緯度緯度是線面角，即本地法線與赤道平面的交角；經(jīng)度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。緯度經(jīng)度2/5/2023403、經(jīng)度與緯度的關(guān)系（1）經(jīng)線都是大圓，不同經(jīng)度處，相同緯度間隔大體相等；

1°約折合111km（2）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。2/5/2023412/5/202342經(jīng)度和緯度用來(lái)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。2/5/202343四、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。書(shū)寫(xiě)按慣例先緯度，后經(jīng)度；數(shù)字在先，符號(hào)在后。例：北京的地理坐標(biāo)：40oN,116oE2/5/202344§1.2天球坐標(biāo)一、天球二、天球上的基本點(diǎn)和基本圓三、天球上的方向和距離四、天球坐標(biāo)2/5/202345§1.2天球坐標(biāo)一、天球1、概念天球：以觀測(cè)者為球心，任意長(zhǎng)為半徑的假想球體。在天文學(xué)上用作表示天體視位置和視運(yùn)動(dòng)的輔助工具。天球的中心是觀測(cè)者；天球的半徑是任意的；天球是一個(gè)假想的球體。天穹：地平以上的半個(gè)天球2/5/202346天球示意圖

天球的半徑是任意的,所有天體,不論多遠(yuǎn)都可以在天球上有它們的投影。2/5/2023472、天球的視運(yùn)動(dòng)天球及天體的周日視運(yùn)動(dòng)原因：地球自轉(zhuǎn)規(guī)律周期：每日旋轉(zhuǎn)一周方向：自東向西——與地球自轉(zhuǎn)方向相反路線：與天赤道平行太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)原因：地球公轉(zhuǎn)規(guī)律周期：每年巡天一周方向：自西向東——與地球公轉(zhuǎn)方向一致路線：黃道圖2/5/202348黃道2/5/202349二、天球上的基本點(diǎn)和基本圓北天極和南天極天赤道天頂和天底地平圈天子午圈上點(diǎn)、下點(diǎn)四方點(diǎn)（四正點(diǎn)）球面上圓的極、極距（球面上大圓的極距）、交點(diǎn)和大距點(diǎn)2/5/202350二、天球上的基本點(diǎn)和基本圈黃道；黃極、黃赤交角；二分點(diǎn)、二至點(diǎn)。2/5/202351三個(gè)基本大圓

地平圈、天赤道、黃道大圓的極點(diǎn)地平圈的兩極：天頂、天底天赤道的兩極：天北極、天南極黃道的兩極：黃北極、黃南極大圓的交點(diǎn)天赤道交地平圈：東點(diǎn)、西點(diǎn)黃道交天赤道：春分點(diǎn)、秋分點(diǎn)2/5/202352大圓的大距點(diǎn)地平圈對(duì)于天赤道：

南點(diǎn)和北點(diǎn)；天赤道對(duì)于地平圈：

上點(diǎn)和下點(diǎn)；黃道對(duì)于天赤道：

夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)；天赤道對(duì)于黃道：

無(wú)名點(diǎn)。2/5/202353三、天球上的方向和距離方向：地球上方向的延伸；南北方向：向北—向北天極、向南—向南天極；東西方向：天球外俯視，向東為逆時(shí)針?lè)较?；地球北極仰視，向東為順時(shí)針?lè)较?。距離：天球上只有角距離。天體間的距離。2/5/202354四、天球坐標(biāo)1、天球坐標(biāo)系的一般模式以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；縱坐標(biāo)即緯度；橫坐標(biāo)即經(jīng)度。2/5/202355球面坐標(biāo)的一般模式基圈、始圈和終圈構(gòu)成球面三角形2/5/2023562、常見(jiàn)的幾種天球坐標(biāo)(1)地平坐標(biāo)系(2)第一赤道坐標(biāo)系(3)第二赤道坐標(biāo)系(4)黃道坐標(biāo)系3、各種天球坐標(biāo)的區(qū)別與聯(lián)系2/5/202357用途：表示天體在天空中的高度和方位；圓圈系統(tǒng)：地平圈——地平緯圈，地平經(jīng)圈（子午圈，卯酉圈）。基本要點(diǎn)：基圈：地平圈原點(diǎn)：南點(diǎn)始圈：午圈坐標(biāo)經(jīng)度，方位(0-360°，自南點(diǎn)向西沿地平圈度量，右旋）緯度：高度（0-±90°）（1）地平坐標(biāo)系2/5/202358天體的地平坐標(biāo)：高度和方位同一天體，不同觀測(cè)地點(diǎn)、不同觀測(cè)時(shí)間，地平坐標(biāo)不同。2/5/2023592）第一赤道坐標(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（為使天體的時(shí)角“與時(shí)俱增”）。2/5/202360圖1-17天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時(shí)角不同的觀測(cè)地點(diǎn)、不同的觀測(cè)時(shí)間，天體的時(shí)角是不同的聯(lián)系2/5/2023613）第二赤道坐標(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。2/5/202362圖1-19天體第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)由地球自轉(zhuǎn)造成的天體的周日運(yùn)動(dòng)不影響春分點(diǎn)與天體之間的相對(duì)位置不同觀測(cè)地點(diǎn)、不同觀測(cè)時(shí)間，天體的赤經(jīng)和赤緯不變2/5/2023634）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(wú)名圈（通過(guò)春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈）和二至圈?；疽c(diǎn)：基圈：黃道；原點(diǎn)：春分點(diǎn)；始圈：無(wú)名圈；緯度：黃緯；經(jīng)度：黃經(jīng)，自春分點(diǎn)沿黃道向東度量。2/5/202364圖1-21天體的黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)

特點(diǎn)：一般天體的β、λ不變，太陽(yáng)的β不變，λ變化。用途：太陽(yáng)λ的變化反映地球上的季節(jié)變化2/5/2023653、各種天球坐標(biāo)的區(qū)別與聯(lián)系1）地平