第一章地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)(2012級用)

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，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、地球運動及其地理意義，及地球和月球的關(guān)系，而以地球、太陽、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；掌握地球運動規(guī)律及其運動的相互關(guān)系，理解地球運動所產(chǎn)生的地理意義、及其對地理環(huán)境產(chǎn)生的重要影響；通過學(xué)習(xí)樹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)的研究對象和方法是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科研究對象是天體（構(gòu)造、性質(zhì)、運行規(guī)律）以對天體的觀測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)慣于按照觀測手段和研究方法來分類按照觀測手段光學(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量學(xué)、天體力學(xué)、天體物理學(xué)2/5/20237天體測量學(xué)

天文學(xué)中最先發(fā)展起來的一個分支。主要任務(wù)是研究和測定天體的位置和運動，并建立基本參考坐標(biāo)系和確定地面點的坐標(biāo)。天體力學(xué)研究天體運動和天體形狀的科學(xué)。天體物理學(xué)運用物理學(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)境第三章地球的運動第四章地球運動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人類對地球形狀的認(rèn)識過程古代，“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)面是一個不考慮海陸差異、不受波浪、潮汐、水流和大氣擾動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：通過英國Greenwich(格林尼治)天文臺的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)線平面都通過地軸2/5/202326英國Greenwich天文臺,現(xiàn)為天文博物館天文臺內(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Greenwich天文臺的本初子午線(0°經(jīng)線)。通過Greenwich天文臺內(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），無限方向；

理論上“亦東亦西”；實際上“非東即西”2/5/202329圖地球自轉(zhuǎn)方向—向東在北半球看，呈逆時針方向；在南半球看，呈順時針方向2/5/2023302/5/202331二、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）千米與角距離2/5/202332應(yīng)用球心角來計算地表距離，需要一個前提條件，即假設(shè)地球為正球體?？砂讶我鈨傻攸c，都看作是地球上同一個大圓上的兩個點，它們間的連線距離也就是該兩點間大圓弧段的長。地球大圓一度弧長為111.1千米。知道了與弧段相對應(yīng)的角距離，計算弧段的長就很容易了。2/5/202333①同一經(jīng)線上兩點之間距離的計算②不同經(jīng)線上兩點之間距離的計算同一緯度？——赤道上——其它緯圈上2/5/202334不同經(jīng)度兩點間的距離球面三角形的基本知識球面三角形的余弦公式2/5/202335球面上的三個點，每兩點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，任意一邊所對應(yīng)球心角的余弦等于其他兩邊各自對應(yīng)球心角的余弦乘積加上這兩邊各自對應(yīng)球心角的正弦及任意的那條邊在球面三角形中對應(yīng)角的余弦三項乘積。

cosa=cosbcosc+sinbsinccosA

球面三角形正弦定律：在球面三角形中，任意一邊所對應(yīng)球心角的正弦與該邊所在球面三角形中的對應(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)同號或同為零，余類推6、(a+b-180?)與(A+B-180?)同號或同為零，余類推2/5/202337三、經(jīng)度和緯度是經(jīng)線和緯線的“編號”，本身代表一種角度1、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。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)系的有三個大圓赤道（橫軸）；本初子午線（縱軸）；本地子午線。書寫按慣例先緯度，后經(jīng)度；數(shù)字在先，符號在后。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：以觀測者為球心，任意長為半徑的假想球體。在天文學(xué)上用作表示天體視位置和視運動的輔助工具。天球的中心是觀測者；天球的半徑是任意的；天球是一個假想的球體。天穹：地平以上的半個天球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、天球的視運動天球及天體的周日視運動原因：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：與天赤道平行太陽的周年視運動原因：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、下點四方點（四正點）球面上圓的極、極距（球面上大圓的極距）、交點和大距點2/5/202350二、天球上的基本點和基本圈黃道；黃極、黃赤交角；二分點、二至點。2/5/202351三個基本大圓

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

南點和北點；天赤道對于地平圈：

上點和下點；黃道對于天赤道：

夏至點和冬至點；天赤道對于黃道：

無名點。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，向東為逆時針方向；地球北極仰視，向東為順時針方向。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：基圈：地平圈原點：南點始圈：午圈坐標(biāo)經(jīng)度，方位(0-360°，自南點向西沿地平圈度量，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，不同觀測地點、不同觀測時間，地平坐標(biāo)不同。2/5/2023592）第一赤道坐標(biāo)系(也稱時角坐標(biāo)系)

用途：用于時間度量；圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時圈；基本要點：基圈：天赤道；原點：上點；始圈：午圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：時角（經(jīng)圈改稱時圈）自上點沿天赤道向西度量（為使天體的時角“與時俱增”）。2/5/202360圖1-17天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時角不同的觀測地點、不同的觀測時間，天體的時角是不同的聯(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：基圈：天赤道；原點：春分點；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動不影響春分點與天體之間的相對位置不同觀測地點、不同觀測時間，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動；圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（通過春分點的黃經(jīng)圈）和二至圈?；疽c：基圈：黃道；原點：春分點；始圈：無名圈；緯度：黃緯；經(jīng)度：黃經(jīng)，自春分點沿黃道向東度量。2/5/202364圖1-21天體的黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)

特點：一般天體的β、λ不變，太陽的β不變，λ變化。用途：太陽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