第二章地理坐標與天球坐標

1、第一節(jié)第一節(jié) 地球形狀和大小地球形狀和大小一、地球形狀與大地水準面一、地球形狀與大地水準面 地球表面崎嶇不平，它的真實形狀是非常不規(guī)則的，討論地球表面崎嶇不平，它的真實形狀是非常不規(guī)則的，討論地球形狀這一課題時，通常不去研究地球自然表面的形狀，而地球形狀這一課題時，通常不去研究地球自然表面的形狀，而是研究它的某種理論上的形狀，這就是大地水準面的形狀（海是研究它的某種理論上的形狀，這就是大地水準面的形狀（海拔的起算面）。拔的起算面）。 大地水準面是指全球靜止海平面。包括三方面含義：大地水準面是指全球靜止海平面。包括三方面含義： 首先首先指的是海面的形狀，它不考慮地球表面的海陸差異，指的是海面的形

2、狀，它不考慮地球表面的海陸差異，也不考慮陸地和海底的地形起伏；也不考慮陸地和海底的地形起伏； 其次其次指的是靜止海面的形狀，所謂靜止海面，指的是平均指的是靜止海面的形狀，所謂靜止海面，指的是平均海面，因而它不考慮海面上的波浪起伏和潮汐漲落，也不考慮海面，因而它不考慮海面上的波浪起伏和潮汐漲落，也不考慮洋流的影響；洋流的影響； 第三第三是指全球靜止海面的形狀，因而它不僅包括實際存在是指全球靜止海面的形狀，因而它不僅包括實際存在的四大洋的海面，而且包括陸地底下的假想海面，這樣一個包的四大洋的海面，而且包括陸地底下的假想海面，這樣一個包圍整個地球的全球性的靜止海面，稱為大地水準面，它是海拔圍整個地球

3、的全球性的靜止海面，稱為大地水準面，它是海拔的起算面。地球形狀指的就是大地水準面的形狀。的起算面。地球形狀指的就是大地水準面的形狀。二、地球是一個球體二、地球是一個球體（一）人類對地球是個球體的認識過程（一）人類對地球是個球體的認識過程 人類對地球形狀的認識，經過了一個由淺入深，人類對地球形狀的認識，經過了一個由淺入深，由現(xiàn)象到本質的過程。人類最初對地球形狀的認識是由現(xiàn)象到本質的過程。人類最初對地球形狀的認識是從直覺經驗出發(fā)的，由于當時人們生產規(guī)模窄小，活從直覺經驗出發(fā)的，由于當時人們生產規(guī)模窄小，活動范圍有限，看到自己周圍的一部分地面是平面，就動范圍有限，看到自己周圍的一部分地面是平面，就誤

4、認為整個大地是平的，因而得出了誤認為整個大地是平的，因而得出了“天圓如張蓋，天圓如張蓋，地方如棋局地方如棋局”的結論，即認為天空是圓的，大地是平的結論，即認為天空是圓的，大地是平的，這就是古代的，這就是古代天圓地方天圓地方的宇宙觀。的宇宙觀。 然而，很多現(xiàn)象都表明，地面不是平面，而是一然而，很多現(xiàn)象都表明，地面不是平面，而是一個曲面。例如，海邊看來船總是先看到船的桅桿，然個曲面。例如，海邊看來船總是先看到船的桅桿，然后才看到船身；北極星的高度因緯度而不同，越向北后才看到船身；北極星的高度因緯度而不同，越向北方地平高度越大；站得越高看得越遠等。方地平高度越大；站得越高看得越遠等。 上述各種現(xiàn)象均

5、說明大地是一個曲面。但是曲面上述各種現(xiàn)象均說明大地是一個曲面。但是曲面還不一定是球面，只有具有相同曲率的曲面才能構成還不一定是球面，只有具有相同曲率的曲面才能構成球面。曲率就是彎曲程度，球面。曲率就是彎曲程度， 地球表面的曲率是用每度地球表面的曲率是用每度球心角所對應的弧長來表示的。因此，要知道地球是球心角所對應的弧長來表示的。因此，要知道地球是否是球形，就需要測定地球表面兩地之間的球心角和否是球形，就需要測定地球表面兩地之間的球心角和所對應的弧長（弧度測量）。所對應的弧長（弧度測量）。 最早進行這種弧度測量的是我國唐代天文學家僧最早進行這種弧度測量的是我國唐代天文學家僧一行（本名張遂），在他

6、的指導下，南宮說（太監(jiān)）一行（本名張遂），在他的指導下，南宮說（太監(jiān)）率領測量隊，在現(xiàn)今河南省黃河兩岸的平原地帶，分率領測量隊，在現(xiàn)今河南省黃河兩岸的平原地帶，分別測定了大體位于同一條經線上的滑縣、開封、扶溝、別測定了大體位于同一條經線上的滑縣、開封、扶溝、上蔡四地的二分二至的正午日影長度和北極星高度，上蔡四地的二分二至的正午日影長度和北極星高度，同時測量上述各地之間的水平距離，從而得出地球表同時測量上述各地之間的水平距離，從而得出地球表面子午線面子午線1 1的長度為的長度為351351里里8080步（唐代以步（唐代以300300步為步為1 1里，里，1 1步為步為5 5尺），這個數(shù)據(jù)相當于現(xiàn)

7、代的尺），這個數(shù)據(jù)相當于現(xiàn)代的129.41129.41公里。公里。 近代世界各地反復進行了弧度測量，測量的近代世界各地反復進行了弧度測量，測量的結果表明，各地的地面曲率大體相同，約為每度結果表明，各地的地面曲率大體相同，約為每度111111公里。因此，地球是球形的結論是以精密的測公里。因此，地球是球形的結論是以精密的測量和嚴密的推論為依據(jù)的。麥哲倫環(huán)球航行的成量和嚴密的推論為依據(jù)的。麥哲倫環(huán)球航行的成功，只是用事實證明了地球是一個球體。功，只是用事實證明了地球是一個球體。 當然，現(xiàn)在人們利用人造衛(wèi)星和宇宙飛船所當然，現(xiàn)在人們利用人造衛(wèi)星和宇宙飛船所拍攝的地球照片，可直接看到地球是個球體。拍攝的

8、地球照片，可直接看到地球是個球體。（二）球體的成因（二）球體的成因 宇宙間的天體大部分都呈球形，是因為天體宇宙間的天體大部分都呈球形，是因為天體都存在著自引力。影響天體形狀的因素主要有三都存在著自引力。影響天體形狀的因素主要有三個：個：1 1、自引力、自引力 它使天體趨于成為球形。它使天體趨于成為球形。2 2、剛體力（內聚力）、剛體力（內聚力） 即固體分子的內聚力，它使物體保持原來的形即固體分子的內聚力，它使物體保持原來的形狀；狀；3 3、時間、時間 球體的形成需要時間，因此許多擁有巨大物質球體的形成需要時間，因此許多擁有巨大物質的天體，目前未必成為球形，比如星云的質量遠大的天體，目前未必成為

9、球形，比如星云的質量遠大于恒星，但不是球形。于恒星，但不是球形。 自引力的大小取決于天體的質量，質量越大，自引力的大小取決于天體的質量，質量越大，自引力越大，如果引力大于內聚力，天體才能成為自引力越大，如果引力大于內聚力，天體才能成為球形。因此，一些質量較小的天體，由于自引力克球形。因此，一些質量較小的天體，由于自引力克服不了剛體力的作用，則不能成為球形。服不了剛體力的作用，則不能成為球形。三、地球是一個扁球體三、地球是一個扁球體（一）地球是個扁球休（一）地球是個扁球休 嚴格的扁球體嚴格的扁球體( (橢球休橢球休) )其半徑隨緯度升高而變短其半徑隨緯度升高而變短, ,赤赤道半徑最長道半徑最長,

10、 ,極半徑最短；曲率隨緯度升高而變小極半徑最短；曲率隨緯度升高而變小, ,赤道曲赤道曲率最大率最大, ,兩極曲率最?。粓A周經線均為橢圓，緯線都是正兩極曲率最?。粓A周經線均為橢圓，緯線都是正圓。圓。 地球的扁縮程度用扁率表示，其公式為：地球的扁縮程度用扁率表示，其公式為：f=(a-b)/a f=(a-b)/a 關于地球形狀和大小的數(shù)據(jù)有一個不斷提高精度的過程，關于地球形狀和大小的數(shù)據(jù)有一個不斷提高精度的過程，從從19841984年起使用如下數(shù)據(jù)：年起使用如下數(shù)據(jù)： 赤道半徑（赤道半徑（a a）= 6378.140km= 6378.140km 極半徑（極半徑（b b）= 6356.755km= 6

11、356.755km 扁率（扁率（f f）= 1/298.275= 1/298.275 地球的平均半徑是地球的平均半徑是r r3 3 63716371。地球的平均半徑。地球的平均半徑相當于同地球扁球體等體積的正球體的半徑。地球扁球體相當于同地球扁球體等體積的正球體的半徑。地球扁球體的體積為的體積為4/3a4/3a2 2b b，正球體的體積為，正球體的體積為4/3r4/3r3 3。因此，。因此，4/3a4/3a2 2b b4/3r4/3r3 3 r r3 3 63716371。2a b2a b（二）扁球體的形成（二）扁球體的形成 如果地球的自引力是造成球形的惟一因素的話，地球只能成為正球體，而不會

12、是扁球體。但地球的確是個扁球體，無論是弧度測量還是重力測量都已得到證實，它的兩極稍微扁平，赤道地區(qū)略微隆起。既然地球是個赤道隆起的扁球體，那么，在地球上肯定有一個始終存在而指向赤道的力，這個力使質點向赤道方向移動，從而使赤道半徑長于極半徑，使地球變成一個扁球體。這個力是存在的，而且來源于地球自轉，這就是地球自轉產生的慣性離心力。慣性離心力的方向垂直于地軸指向外，它和質點作圓周運動所需的向心力大小相等，方向相反。慣性離心力的大小，f2rcos。由公式可見，慣性離心力的大小隨緯度升高而減小。慣性離心力可以分解為垂直分力和水平分力兩個分力，垂直分力與地心引力相互抵消，對地球形狀不產生影響，而水平分力

13、指向赤道，在它的長期作用下，兩極的物質不斷向赤道方向遷移，這樣地球就不斷由正球體變?yōu)楸馇蝮w。四、地球是個不規(guī)則的扁球體四、地球是個不規(guī)則的扁球體（一）地球扁球體是不規(guī)則的（一）地球扁球體是不規(guī)則的 真正的扁球體在幾何上仍然有嚴格的規(guī)律性，即它的緯線都是正圓，經線都是橢圓，這樣的球體可以看成是由橢圓繞著它的短軸回轉一周形成的，所以也叫回轉橢（扁）球體。 地球的真實形狀，也就是大地水準面的形狀并不是這樣的回轉橢（扁）球體。因為地球的緯線不是真正的正圓，經線不是真正的橢圓，而且南北兩半球也不對稱，幾何中心也不在赤道上?？梢姷厍蚴莻€不規(guī)則的扁球體。為了具體表示地球形狀的不規(guī)則性，人們設想了一個參考扁球

14、體。（二）參考扁球體（二）參考扁球體 參考扁球體是一個標準的扁球體，它的大小參考扁球體是一個標準的扁球體，它的大小和形狀十分接近大地水準面的形狀。這樣，和形狀十分接近大地水準面的形狀。這樣， 地球地球的真實形狀，就可以用大地水準面對于參考扁球的真實形狀，就可以用大地水準面對于參考扁球體的偏離來表示。如體的偏離來表示。如p167p167圖圖6 68 8所示。該圖用一所示。該圖用一正圓（虛線）表示參考扁球體的經線，實線表示正圓（虛線）表示參考扁球體的經線，實線表示大地水準面，實線對虛線的偏離表示大地水準面大地水準面，實線對虛線的偏離表示大地水準面對于參考扁球體的偏離。此圖表明大地水準面的對于參考扁

15、球體的偏離。此圖表明大地水準面的南北兩半球是不對稱的。南北兩半球是不對稱的。 北半球：較窄和較長，低緯度低于扁球體，北半球：較窄和較長，低緯度低于扁球體，高緯度高于扁球體，北極高于扁球體約高緯度高于扁球體，北極高于扁球體約1010米。米。 南半球：較寬和較短，低緯度高于扁球體，南半球：較寬和較短，低緯度高于扁球體，高緯度低于扁球體，南極低于扁球體約高緯度低于扁球體，南極低于扁球體約3030米。南米。南北兩極相差約北兩極相差約4040米。米。（三）關于（三）關于“梨形地球梨形地球”（1 1）似梨）似梨 北半球高緯和南半球低緯，大地水準面高出扁球體；北半球高緯和南半球低緯，大地水準面高出扁球體；

16、北半球低緯和南半球高緯，大地水準面低于扁球體。北半球低緯和南半球高緯，大地水準面低于扁球體。 從圖從圖6 68 8所表示的大地水準面對于參考扁球體的偏離所表示的大地水準面對于參考扁球體的偏離來看，人們都說地球形狀來看，人們都說地球形狀“似梨似梨”，地球的南極就是梨柄，地球的南極就是梨柄所在。其實這只是一種假像。所在。其實這只是一種假像。（2 2）非梨：）非梨： 忽略了赤道半徑與極半徑之間的忽略了赤道半徑與極半徑之間的2121千米的巨大差異。千米的巨大差異。該圖不是用橢圓而是用正圓表示參考扁球體的經線，忽略了參該圖不是用橢圓而是用正圓表示參考扁球體的經線，忽略了參考扁球體的考扁球體的“扁扁”字，

17、從而也就忽略了赤道半徑和極半徑之間字，從而也就忽略了赤道半徑和極半徑之間2121千米的巨大差異。千米的巨大差異。 過分夸大了南北兩極極半徑之間過分夸大了南北兩極極半徑之間4040米的微小差異。用米的微小差異。用來表示這來表示這4040米差值的比例尺比表示地球半徑的比例尺大米差值的比例尺比表示地球半徑的比例尺大5700057000倍。倍。 籠統(tǒng)地說地球呈梨形是不確切的。籠統(tǒng)地說地球呈梨形是不確切的。 此圖看上去似梨是由于這兩個原因造成的，如果沒有這兩此圖看上去似梨是由于這兩個原因造成的，如果沒有這兩條，地球給人的印象，必將是扁球體，所以地球條，地球給人的印象，必將是扁球體，所以地球“似梨非梨似梨

18、非梨”。在沒有說明前提的條件下，籠統(tǒng)地說地球呈梨形是不確切的。在沒有說明前提的條件下，籠統(tǒng)地說地球呈梨形是不確切的。 （四）地球形狀不規(guī)則的原因（四）地球形狀不規(guī)則的原因 地球的自引力，使地球成為一個球體，地球自轉產生的慣性離心力，使地球成為一個扁球體，而地球內部物質分布不均，又使地球成為一個不規(guī)則的扁球體。地內物質組成和密度隨深度而不同。一般地說，整個地球是由均質同心球層構成的，但是由于地內物質的分異尚未最后完成。因此，地內并不是真正的均質同心球層，這必然會影響地面重力分布和大地水準面的形狀。由于這個原因，地球質心并不位于地球的幾何中心。 地內物質分布不均，在地殼表現(xiàn)得尤為顯著。地球表面有海

19、陸差異和高低起伏，前已述及，地球形狀是指全球靜止海面的形狀，忽略了海陸差異和地形起伏，這是為了簡化地球形狀。實際上地面上的高低起伏在一定程度上反映了地下物質的分布情況。 地球形狀從幾何上講是不規(guī)則的，但從物理學上講又是規(guī)則的，這是因為大地水準面無論幾何形狀如何復雜，但它總是一個等位面，在大地水準面上各處位能都相等。第二節(jié)：地理坐標第二節(jié)：地理坐標一、經線和緯線一、經線和緯線（一）地球上的經線和緯線（一）地球上的經線和緯線 大地是球體，稱為地球。地球的自轉軸叫地軸。地軸同地面相交的兩點，是地球的兩極，分別叫北極n和南極s。通過地心垂直于地軸的平面同地面相交的圓稱為地球赤道。為了地理定位的需要，人

20、們設置了地理坐標。 垂直于地軸的平面，同地面相交而成的圓，就垂直于地軸的平面，同地面相交而成的圓，就是緯線。是緯線。緯線都相互平行，但大小不等。其中最大的圓叫赤道，分全球為南北兩半球，是緯度度量的起點所在。 通過地軸的平面，同地面相交的圓，就是經線通過地軸的平面，同地面相交的圓，就是經線（通常指它的半圓）也叫子午線。（通常指它的半圓）也叫子午線。經線等長，經線都在南北兩極相交，通過英國倫敦格林尼治天文臺舊址的經線為本初子午線（1884年確定），是經度度量的起算面所在的經線。赤道為地理坐標的橫軸，赤道為地理坐標的橫軸，本初子午線為地理坐標的縱軸。本初子午線為地理坐標的縱軸。（二）地球上的方向和距

21、離（二）地球上的方向和距離1 1、地球上的方向、地球上的方向 地球上的方向通常為地平方向。這樣的方向，首先是東、地球上的方向通常為地平方向。這樣的方向，首先是東、南、西、北，合稱四正向。地球上的方向是由經線和緯線決南、西、北，合稱四正向。地球上的方向是由經線和緯線決定的，經線表示南北方向（子、午方向），并以北極的方向定的，經線表示南北方向（子、午方向），并以北極的方向為正北為正北, ,南極方向為正南；緯線表示東西方向（卯、酉方南極方向為正南；緯線表示東西方向（卯、酉方向），并以順著地球自轉的方向為正東，逆著地球自轉方向向），并以順著地球自轉的方向為正東，逆著地球自轉方向為正西。為正西。圖圖21

22、 地球儀地球儀 南北方向是有限方向：南北方向是有限方向：因為一切經線都是半圓，都有起點和終點，它們的起點和終點就是南北兩極。如果有人沿著所在經線向北旅行，到達北極之后如果再繼續(xù)向前就自然而然地變成向南旅行了。這是因為北極是向北的終點，是向南的起點，那里只有向南的方向，而沒有其他任何方向。這樣可以推斷，一個地點只能位于另一個地點的南方或北方，而不可能既位于它的南方，又位于它的北方。因此，南北方向是有限方向。 東西方向是無限方向：東西方向是無限方向：因為東西方向就是緯線方向，而所有的緯線都是完整的圓圈，沒有起點和終點。人們沿著所在的緯線向東或向西旅行，可以周而復始的永遠進行下去，而不會改變方向。這

23、樣一個地點可以說既位于另一個地點的東方，又位于另一個地點的西方。因為人們沿著環(huán)形緯線從a點向東可以到達b點，向西也可以到達b點。但是人們在實際應用中總是采用最短路線，這樣一個地點不是位于另一個地點的東方，就是位于另一個地點的西方。概括地說就是理論上的“亦東亦西”，實際上“非東即西”。2 2、地面上的距離、地面上的距離 地球是一個球體，地球表面是一個球面，地面上兩點之間的連線都是大圓的弧段，兩點間的最短距離是通過他們的大圓弧線，首先是角距離，直線距離是根據(jù)角距離推算出來的。在這種情況下，如果用長度表示地面上兩點間距離的話，所使用的長度單位最好與角度單位有簡單的換算關系，這樣用起來較為方便，為此人

24、們創(chuàng)造了海里這個單位。 海里海里：地球上經線1分的長度。這樣地面上一段弧的分數(shù)和海里數(shù)是相同的，由角距離推算直線距離極為方便。1海里=40000/36060=1.852km。推出經線的全長：60海里180=10800海里； 赤道的周長：60海里360=21600海里。 公里：公里：原來法國人把地球全周分為400度，每度分為100分，每分弧長就是1公里,沒有流傳下來。但作為長度單位的公里，流傳下來。不過現(xiàn)在全周分為360度，每度60分，經線1度=40000/360=111.1公里。 二、經度和緯度二、經度和緯度（一）緯度（一）緯度 緯度是一種線面角，即當?shù)氐牡孛娣ň€或本地垂線同赤道平面的交角。它

25、表示一地相對于赤道平面的南北方向和角距離。緯度的度量以赤道為起點，在本地經線上度量，可以向南北兩個方向度量，赤道以北為北緯（n），赤道以南為南緯（s），分別為0度90度。 地理緯度地理緯度：地面法線與赤道面的交角。強調經線上一段弧的度數(shù)。 地心緯度地心緯度：地球半徑與赤道面的交角。強調弧所張的球心角。 地理緯度地理緯度地心緯度。地心緯度。因為經線曲率自赤道向兩極遞減。 南北緯45兩種緯度差值最大（12）。因南北緯45的經線曲率是平均曲率，是兩種緯度差值持續(xù)增加的終點和持續(xù)減小的起點。圖圖2 22 2 經緯網經緯網（二）經度（二）經度 經度是一種兩面角，是本地子午面與本初子午面的夾經度是一種兩面

26、角，是本地子午面與本初子午面的夾角。角。以赤道與本初子午線的交點（地理坐標原點）為起量，沿著赤道向東向西兩個方向度量。向東為東經（0度180度），向西為西經（0度180度）。經度通常是在赤道上度量的，因為在赤道上度量，全球不但有共用的起算面，而且有全球共用的起算點。（三）地理坐標（三）地理坐標 一地的緯度，表示該地相對于赤道的南北位置。 一地的經度，表示該地子午面相對于本初子午面的東西位置。一地的經度和緯度的結合表示該地的地理坐標。 地理坐標系統(tǒng)地表示每一地點的確切位置和不同地點的相對位置；兩個地點可能有相同的緯度或相同的經度，而不可能既有相同的緯度又有相同的經度。因此，經度和緯度的結合，可以

27、表示地面上任何一點的確切位置。 書寫慣例：先緯度，后經度；數(shù)字在先，符號在后，中書寫慣例：先緯度，后經度；數(shù)字在先，符號在后，中間用逗號隔開。間用逗號隔開。 如北京：如北京：4040n n，116116e e。第三節(jié)第三節(jié) 天球坐標天球坐標一、天球上的圓和點一、天球上的圓和點1.1.天球上的主要大圓：地平圈、天赤道、黃道天球上的主要大圓：地平圈、天赤道、黃道 地平圈：通過地心且垂直于當?shù)劂U垂線的平面無地平圈：通過地心且垂直于當?shù)劂U垂線的平面無限擴大，同天球相交而成的天球大圓。它分天球為可見和限擴大，同天球相交而成的天球大圓。它分天球為可見和不可見兩個半球。不可見兩個半球。 天赤道：地球赤道平面

28、無限擴大，同天球相交而天赤道：地球赤道平面無限擴大，同天球相交而成的天球大圓。它分天球為南北兩半球。成的天球大圓。它分天球為南北兩半球。 黃道：地球公轉的軌道平面（黃道面）無限擴大黃道：地球公轉的軌道平面（黃道面）無限擴大同天球相交而成的天球大圓同天球相交而成的天球大圓 ，即太陽周年運動的路線。，即太陽周年運動的路線。2 2、大圓的極點（球面上距大圓各、大圓的極點（球面上距大圓各9090的兩點）的兩點） 地平圈的兩極：天頂（地平圈的兩極：天頂（z z）和天底（）和天底（zz），它是），它是當?shù)劂U垂線無限延長同天球相交的兩點。當?shù)劂U垂線無限延長同天球相交的兩點。 天赤道的兩極：天北極（天赤道的兩

29、極：天北極（p p）和天南極（）和天南極（pp）。）。它是地軸的無限延長同天球相交的兩點。它是地軸的無限延長同天球相交的兩點。 黃道的兩極：黃北極（黃道的兩極：黃北極（k k）和黃南極（）和黃南極（kk）。）。圖圖23 天球基本圓和點天球基本圓和點3 3、大圓的交點、大圓的交點地平圈與天赤道的交點：東點（e）和西（w）；天赤道和黃道的交點：春分點和秋分點。4 4、大圓的大距點（兩大圓相距最遠的兩點）、大圓的大距點（兩大圓相距最遠的兩點）地平圈對于天赤道：南點（s）和北點（n）；天赤道對于地平圈：上點（q）和下點（q）；黃道對于天赤道：夏至點和冬至點；天赤道對于黃道：無名點。二、天球上的方向和距

30、離二、天球上的方向和距離 方向方向 天球上的方向基本上同地球一樣，是地球上方向的延伸。在地球上地球的南北兩極是南北方向的標志，在天球上天球的兩極是南北方向的標志，向北就是向天北極的方向，向南就是向天南極的方向。在地球上赤道和一切緯線都表示東西方向，在天球上天赤道和一切赤緯圈都表示東西方向，無論地球或天球上南北方向都是有限方向，東西方向都是無限方向。 距離距離 在地球上，有角距離也有直線距離，但在天球上只有角距離，而沒有直線距離。比如，織女星和牛郎星相距35。當然，任何兩顆恒星之間也有直線距離，如織女星和牛郎星相距16.4光年，不過這種距離是宇宙空間的直線距離，而不是天球上的直線距離。三、天球的

31、視運動三、天球的視運動1、天球周日運動天球周日運動 在地球上看起來，整個天球以與地球自轉相反的方向（向西）和相同的周期（1日）圍繞我們在旋轉，這種視運動叫天球周日運動天球周日運動，它是地球自轉的反映。人類無法直接感覺到地球在向東自轉，卻感覺到天球（包括日月星辰各種天體）圍繞我們地球在向西旋轉。2 2、周日圈、周日圈 天體周日運動的路線就是周日圈周日圈。天體愈接近天極周日圈愈小，離天極愈遠，周日圈愈大。天體的周日圈都平行于天赤道。（如圖2-5所示）圖圖25 站在地球上看天球旋轉站在地球上看天球旋轉3 3、太陽周年運動、太陽周年運動 地球在自轉的同時，還圍繞太陽公轉。地球公轉的方向與地球自轉的方向

32、相同，都是自西向東的。這種運動人類也是無法直接感覺到的。在地球上的觀測者看來，太陽好像是圍繞地球運動。如圖所示（2-6所示），當?shù)厍蛟谲壍郎嫌蒭1公轉到e2時，在地球上看來，太陽在天球上的投影s1移到s2，一年后地球公轉一周回到e1，太陽以相同的方向（向東）和周期（1年），回到s1，太陽這種與地球公轉相同的方向和周期的運動叫太陽周年運動。太陽周年運動是地球公轉的反映。圖圖26 太陽周年運動太陽周年運動方向向東方向向東(與地球公轉方向相同與地球公轉方向相同),其運行路線被稱為黃道其運行路線被稱為黃道4 4、太陽同時參與兩種相反的運動、太陽同時參與兩種相反的運動 由于地球自轉而隨同整個天球的運動，

33、方向向西，日轉一周，這是太陽的周日日運動太陽的周日日運動； 由于地球公轉而相對于恒星的運動，方向向東，每年巡天一周，這是太陽的周年運動太陽的周年運動。（為什么地球自轉造成的太陽周日運動，方向與自轉方向相反，而地球公轉造成的太陽周年運動方向與公轉方向相同？）四、天球坐標四、天球坐標（一）球面坐標系的共同特征和一般模式（一）球面坐標系的共同特征和一般模式 為了表示點在地面上的位置，人們建立了地理坐標系，同樣為了表示天體在天球上的位置，人們確立了天球坐標系。地理坐標系和天球坐標系同屬于球面坐標系。因此，有些共同特征，可以建立一般模式。1 1、共同特征、共同特征（1）球面坐標系都有一個基本的大圓，稱為

34、基圈基圈或主圈。在地理坐標系中基圈就是地球赤道。（2）在基圈上都有一個原點原點，原點在基圈上的位置是以通過那里的輔圈輔圈為標志的。所謂輔圈就是通過基圈的兩極因而垂直于基圈的無數(shù)大圓。其中，通過原點的輔圈叫始圈。如在地理坐標系中，原點就本初子午線與赤道的交點，始圈就是本初子午線，輔圈就是子午線或經線。（3）球面上任意一點相對于基圈的位置，包括方向和角距離，都是用緯度緯度表示的。如地理坐標系中地理緯度。（4）球面上任意一點相對于原點和始圈的位置，包括方向和角距離，都是用經度經度表示的，如地理坐標系中的地理經度。2 2、一般模式、一般模式 根據(jù)以上四點，可以建立球面坐標系的一般模式。 對于特定的點來

35、說，該模式實際上是一個球球面三角形面三角形。三角形的 三條邊，分別屬于基圈、始圈和終圈，三個頂點分別是極點、原點、和介點。其中的基圈和始圈，分別相當于坐標系的橫軸和縱軸，是固定不動的，終圈是可以運動的，體現(xiàn)這種運動的是點的經度變化，點在終圈上位置也是可以運動的，體現(xiàn)這種運動的是點的緯度變化。可以說縱坐標即緯度，橫坐標即經度。圖圖27 球面坐標的一般模式球面坐標的一般模式由基圈、始圈和終圈構成球面三角形由基圈、始圈和終圈構成球面三角形 在天文學上，根據(jù)不同的需要設立各種天球坐標系，常用的有地平、時角、赤道和黃道坐標系。（二）地平坐標系（二）地平坐標系高度高度h h、方位、方位a a 圓圈系統(tǒng)：圓

36、圈系統(tǒng)：主要圓圈系統(tǒng)有地平圈，子午圈，卯地平圈，子午圈，卯酉圈酉圈 地平坐標系以地平圈為基圈，地平圈的兩極是天頂和天底。天球上一切通過天頂和天底因而垂直于地平圈的大圓，都是地平圈的輔圈，叫地平經圈。其中，通過南點和北點的（p、pq、q）的地平經圈稱天球子午圈；通過東點和西點的地平經圈叫做卯酉圈。子午圈有時以天頂和天底為界分為子圈（北半圈）和午圈（南半圈）；卯酉圈也可以天頂和天底為界分為卯圈（東）和酉圈（西）。地平圈、子午圈、卯酉圈三者相互垂直，將天球分成8個相等的球面三角形，其三條邊和三個內角都是90。圖圖29 天體的地平坐標：高度和方位天體的地平坐標：高度和方位圖圖28 地平坐標系的圓圈系統(tǒng)

37、地平坐標系的圓圈系統(tǒng)地平圈上地平圈上4個相距個相距90的點：東、南、西、北點；的點：東、南、西、北點；得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）2 2、基本要點、基本要點 基圈基圈地平圈，輔圈是地平經圈； 原點原點南點（s），始圈為午圈； 緯度緯度高度（h），表示被測天體相對于地平圈的方向和角距離，以地平圈為起點在天體所在地平經圈向上（向下）兩個方向度量（090），向上為正，向下為負。天體到天頂?shù)慕蔷嚯x稱為天體的天頂距，它與天體高度互為余角。天頂距高度90。 經度經度方位（a），是天體相對于南點或午圈的方向和角距離，以南點為起點在地平圈上由東向

38、西(順時針方向)度量（0180）。3 3、用途、用途：表示天體在天空中的高度和方位，表示天體在天空中的高度和方位，在一般科普讀物中常用。在一般科普讀物中常用。 天體的地平坐標即天體的高度和方位，因時因地而異。在同一時刻不同地點，具有不同的地平圈、南點，因而就有不同的高度和方位；在同一地點不同的時刻，天體具有不同的位置，因天體都具有周日視運動。但地平坐標可以把天體在當時當?shù)氐奶炜瘴恢蒙鷦又庇^的表示出來，便于觀察。因此，在一般的科普讀物中常用這種坐標。（三）時角（第一赤道）坐標系（三）時角（第一赤道）坐標系赤緯赤緯、時角、時角t t 1 1、圓圈系統(tǒng)：、圓圈系統(tǒng)：主要圓圈系統(tǒng)有天赤道，子午圈和六時

39、圈 時角坐標系的基圈是天赤道，天赤道的兩極是天北極和天南極，天球上一切通過天北極和天南極因而垂直于天赤道的的無數(shù)大圓，都是天赤道的輔圈，叫時圈或赤經圈。前已介紹天赤道與地平圈相交于東點和西點，二者相距最遠的兩點，在天赤道上是上點和下點，在地平圈上是南點和北點。通過上點和下點的時圈就是前面講的子午圈，通過東點和西點的時圈叫六時圈，必要時可以天北極和天南極為界，分子圈和午圈，東六時圈和西六時圈。天赤道，子午圈和六時圈三者也將天球分成8個相等的球面三角形。 2 2、基本要點、基本要點 基圈基圈天赤道，輔圈是時圈。 原點原點上點（q），始圈是午圈。 緯度緯度赤緯。表示天體相對于天赤道的方向和角距離，以

40、天赤道為起點在天體所在的時圈上度量，可向南北兩個方向度量，從090。天體與天極之間的距離叫天體的極距，極距赤緯90。 經度時角t。是天體相對于上點或午圈的方向和角距離，以上點為起點在天赤道上向西（順時針方向）度量（為使天體的時角“與時俱增”），自0360。由于地球自轉，天體每小時向西移動15,因而同一天體的時角每小時增加15,正因此，天體的時角也可以用時間單位，從0h24h。這樣，q、w、q、e點分別為0h、6h、12h、18h。圖圖210 時角坐標系的圓圈系統(tǒng)時角坐標系的圓圈系統(tǒng)天赤道上天赤道上4個相距個相距90的點：東、西、上、下點；得到子午圈和六時圈的點：東、西、上、下點；得到子午圈和六

41、時圈 圖圖211 時角坐標系：赤緯和時角時角坐標系：赤緯和時角3 3、用途、用途用于時間和經度的度量用于時間和經度的度量 時角坐標系中的赤緯是恒定不變的，因為天體的赤緯是天體相對于天赤道的方向和角距離，而天體周日運動的路線周日圈，始終是平行于天赤道，所以天體相對于天赤道的方向和角距離始終不變。但是天體的時角卻因時刻和經度而不同。因為對于同一地點不同時刻來說午圈平面即上點所在的平面是不動的，但由于地球自轉，天體都具有周日運動，使天體的時角隨時間而變化；不同經度的地點，具有不同的午圈平面和不同的上點，原點不同，同一天體的時角當然也不同。因此，同一天體的時角因時刻和經度而不同。由于時角隨時間是勻速變

42、化，每小時增加15，這一特點在測量時刻和經度方面具有很大作用（在時間中還要詳細講）。（四）赤道坐標系（四）赤道坐標系赤緯赤緯、赤經、赤經 可以說是地理坐標系的摹制品。1 1、圓圈系統(tǒng)：、圓圈系統(tǒng)：主要圓圈系統(tǒng)有天赤道，二分圈和二至圈 赤道坐標系以天赤道與黃道的相互關系為基礎。天赤道與黃道的交點是春分點和秋分點，二者相距最遠的兩點在黃道上是夏至點和冬至點。天赤道的輔圈是時圈或赤經圈,通過春分點和秋分點的時圈，叫二分圈，通過夏至點和冬至點的時圈叫二至圈。天赤道，二分圈和二至圈也相互直交，把天球分成8個相等的球面三角形。圖圖212 赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)赤道坐標系的圓圈系統(tǒng) 天赤道上天赤道上4個相距個

43、相距90的點：二分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。的點：二分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。2 2、基本要點、基本要點：圖圖213 天體第二赤道坐標系：赤緯和赤經天體第二赤道坐標系：赤緯和赤經 基圈基圈天赤道；輔圈是赤經圈。原點原點春分點；始圈是春分圈。緯度緯度赤緯（同時角坐標系）。經度經度赤經，表示天體相對于春分點或春分圈的方向和角距離,以春分點為起點在天赤道上向東量度，從0360，也可以用時間單位從0h24h。3 3、用途：表示天體在天球上的確切位置。、用途：表示天體在天球上的確切位置。 地平坐標系以地平圈為基圈，以南點為原點，這是有目共睹的，也是容易理解的，但是天體的地平坐標（高

44、度和方位）因時因地而不同。為了避免這種情況天文工作者改用了時角坐標系，用赤緯取代高度，用時角代替方位。使用時角坐標系后，赤緯不再隨時間和地點發(fā)生變化，然而時角卻隨因時刻和經度而發(fā)生變化，在編制星圖和星表時，需要天體有相對不變的坐標，這樣地平坐標系和時角坐標系都不能滿足這個要求，于是人們創(chuàng)立了赤道坐標系。赤道坐標系中的赤緯和赤經都不隨時間和地點發(fā)生變化，赤緯不變前已講過，赤經不變是因為天體和春分點都是自東向西作周日運動的，而且是同步的。所以天體的赤緯和赤經是固定不變的，常用來表示天體在天球上的確切位置。 （五）黃道坐標系（五）黃道坐標系黃緯黃緯、黃經、黃經1 1、圓圈系統(tǒng)：、圓圈系統(tǒng)：主要圓圈系統(tǒng)有黃道，無名圈（通過春分點的黃經圈）和二至圈 黃道坐標系以黃道為基圈，黃道的兩極是黃極即黃北極和黃南極，一切通過黃北極和黃南極因而垂直于黃道的無數(shù)大圓，都是黃道的輔圈，叫黃經圈。通過春分點和秋分點的黃經圈叫無名圈,通過夏至點和冬至點的黃經圈叫二至圈。圖圖214 黃道坐標系的圓圈系統(tǒng)黃道坐標系的圓圈系統(tǒng)黃道上黃道上4個相距個相距90的點：二分點和二至點；得到無名圈和二至圈。的點：二分點和二至點；得到無名圈和二至圈。圖圖215 天體的黃道坐標系：黃緯和黃經天體的黃道坐標系：黃緯和黃