天文學(xué)導(dǎo)論第1講-天體視運動

1、天文學(xué)導(dǎo)論天文學(xué)導(dǎo)論第第1 1講講天體的視運動天體的視運動本講內(nèi)容本講內(nèi)容星座與星圖地球自轉(zhuǎn)：天體的周日視運動地球公轉(zhuǎn)：天體的周年視運動天體的赤道坐標(biāo)系、恒星時地球自轉(zhuǎn)軸進(jìn)動與歲差月相日月食教材閱讀教材閱讀 Chapter 2：Patterns in the SkyMotions of Earth APPENDIX 6：Observing the SkyA-161、星座與星圖、星座與星圖 1929年，國際天文聯(lián)合會（IAU）正式把全天劃分為88個星座，并清楚界定每一個星座的邊界。因此每顆星屬于且只能屬于一個星座 星座名用來命名星星天狼星：官方名為大犬座星附錄五：亮星表附錄六：星座昴星團(tuán) M45

2、望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)之前的古代天文臺望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)之前的古代天文臺用于研究天文位置與事件的古代建筑？用于研究天文位置與事件的古代建筑？埃及，公元前1275年中國，公元840年歐洲，公元1540年星圖星圖 地圖平放地上 星圖高舉過頭仰望之，使星圖所標(biāo)方向與實際方向一致 星座只是天上一個一個的區(qū)域，并不表示每個星座的星星之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，例如以引力而被束縛的一個系統(tǒng)。而且星座僅代表本天區(qū)中較亮的星專業(yè)星圖專業(yè)星圖 昴星團(tuán) M452 2、 地球自轉(zhuǎn)：天體的周日視運地球自轉(zhuǎn)：天體的周日視運動動坐地日行八萬里巡天遙看一千河天體的周日視運動天體的周日視運動 每天，太陽、月球以及星星都東升西落，是地球自西向東自轉(zhuǎn)所

3、造成的假象，故稱天體在天空上所經(jīng)歷的路徑稱為天體的周日視運動天似穹廬，籠蓋四野天似穹廬，籠蓋四野天頂天頂子午線子午線南南北北地平面（圈）地平面（圈） 東西頭頂?shù)男强杖Q于你在地球頭頂?shù)男强杖Q于你在地球表面上的緯度和當(dāng)?shù)貢r間表面上的緯度和當(dāng)?shù)貢r間天球（天球（celestial sphere）太陽的太陽的周日視運動周日視運動 太陽每天東升西落，于當(dāng)?shù)卣缤ㄟ^子午線達(dá)到最高點（上中天） 地方正午：太陽到達(dá)子午線（不一定是12點）地方子夜： 太陽連續(xù)兩次到達(dá)正午的時間為24小時，稱為一個太陽日（the solar day），即我們的一天世界時 Universal Time (UT) 天文事件通常用世

4、界時（UT） 或 Coordinated Universal Time (UTC) ，近似為 the local time for Greenwich （ the Greenwich Mean Time (GMT) 格林尼治平時） 世界時與本地時間的轉(zhuǎn)換：北京時間=UT+8小時 北京地方時和北京時間完全是兩碼事！北京時間正午12點（東經(jīng)120度）時，北京地方時（東經(jīng)116.5度）即太陽時為11點46分，所以此時北京的太陽在子午線以東約3.5度，再過約14分鐘北京“真”正午天球北極北極南極南極赤道赤道北天極北天極南天極南天極天赤道天赤道東把天空幻想為一個大水晶球，所有天體把天空幻想為一個大水晶球

5、，所有天體包括太陽、月亮和星星等都鑲嵌在天球包括太陽、月亮和星星等都鑲嵌在天球上，而地球則孤懸于天球的中央上，而地球則孤懸于天球的中央天體的周日視運動天體的周日視運動 地球自西向東自轉(zhuǎn)，造成天體每天東升西落的錯覺拱極星：靠近南北天極，永不落北極星：最靠近北天極，似乎永遠(yuǎn) 靜止不動北極星（北天極）的高度北極星（北天極）的高度 北極星（北天極）相對于地面的高度取決于觀測者所在的地理緯度，例如在北京，北極星在正北離地面約40度高的位置地赤道北京：東經(jīng)116度22分北緯39度58分南北天極：不變的參考點南北天極：不變的參考點 南北天極的高度等于觀測者所在地的地理緯度 可幸的是，在北半球，在非?？拷碧?/p>

6、極的地方有一顆相當(dāng)亮的星，即北極星，為我們指引方向 在北半球有些星永遠(yuǎn)不會東升：居住在北半球的人永遠(yuǎn)看不到接近南天極的星 居住在南半球的人永遠(yuǎn)看不到接近北天極的星 可惜的是，南天極附近沒有亮星，所以沒有“南極星”為南半球居民指引方向（南十字座）天赤道不變的參考點 到天極的弧距離總是90度 所有恒星沿與天赤道平行的路徑由東向西運動（圓弧軌跡） 在地球上無論何時何地：天赤道總是與地平面精確地相交于正東正西方向總能看到1/2天赤道 在地球兩極，天赤道=地平線天頂、地平線和子午線：本地參考系 天頂和子午線的位置不隨觀測者的地平線移動天頂總是與地平線成 90 度角子午線由南到北平分半個天球 星星的位置相

7、對于天頂和子午線在變：天球在轉(zhuǎn)動觀測者在地球上移動 任何通過子午線的天體都處于距離地平面的最高位置（夜晚的星星，白天的太陽）：中天 天體的運行（圓?。┸壽E與地平面的夾角為：90 度-觀測者所在地理位置的緯度（=天赤道與地面夾角）在北極在北極天頂天頂=北天極北天極 NCP地平線圈地平線圈= =天赤道天赤道地地( (天天) )軸軸所有星星沿與地平面平行的圓軌跡運行，從不下落頭頂北極星在北京在北京! (40N) 90度-緯度= 緯度在北京：向東看在北京：向東看 天體從東偏北方向升起90度-緯度南在北京：向西看在北京：向西看 天體向西偏北方向落下北90-緯度在北京向：北看在北京向：北看 可見北極星和拱

8、極星北天極北天極東東北極星北極星（北天極）高度隨地理緯度降低而降低。星星環(huán)繞北天極轉(zhuǎn)圓圈北半球可見的恒星視運動北半球可見的恒星視運動北天極附近星星視運動軌跡在地球赤道上在地球赤道上所有星在地平面上12小時所有星垂直于地平面升起和下落“可見所有星”3、地球公轉(zhuǎn)：天體的周年視運動、地球公轉(zhuǎn)：天體的周年視運動斗轉(zhuǎn)星移斗轉(zhuǎn)星移 每晚同一時刻，看到的星空連續(xù)變化When the Earth is Here these stars are overhead at midnight When the Earth is Here these stars are overhead at midnight 黃道（

9、ecliptic）、黃道十二宮（Zodiac） 每（白）天同一時刻，太陽相對于背景恒星的位置向東移動直觀現(xiàn)象在天球上，恒星的位置及其相對位置（星座圖樣）是“固定不變的”整個天球包括太陽一天轉(zhuǎn)動一圈，但通過仔細(xì)觀察你會發(fā)現(xiàn)這個規(guī)律并不完全正確 每晝同一時刻，太陽位置緩慢改變 每晚同一時刻， 星星位置（通過子午線）在緩慢變化1. 每晝同一時刻，太陽位置相對于星星向東緩慢移動黃道：太陽的周年視運動黃道：太陽的周年視運動 地球的公轉(zhuǎn)造成太陽在天球上的位置自西向東緩慢移動（滯后于恒星）再回到原處（相對于背景星）的周期為一年（365.24天） 共走了 360 度 太陽每天向東移動大約1度 2個太陽視直徑恒

10、星日與太陽日 Sidereal and Solar Day 太陽日=24小時：太陽連續(xù)兩次到達(dá)子午線的時間 恒星日23小時56分：恒星連續(xù)兩次到達(dá)子午線的時間 一個恒星日比一個太陽日短約4分鐘 結(jié)論：相對于太陽日：恒星每天升起、上中天和下落的時間都提前約4分鐘 恒星日是地球真實的自轉(zhuǎn)周期，不隨其繞太陽公轉(zhuǎn)而變化，為23小時56分恒星日與太陽日的圖示解釋天體的周年視運動（軌跡？）天體的周年視運動（軌跡？） 星星回歸原處的周期為一年 一個特定星星一個月后升起的時間將提前約2個小時： 30 d 4 分鐘/天 = 120 分 = 2 小時 一年后這顆恒星將在同一時刻升起： 2 小時 x 12 月/年

11、= 24 小時四季更替四季更替 太陽輻射能力（） 日地距離（） 陽光入射角（）錯誤解釋：日地距離的變化錯誤解釋：日地距離的變化 地球公轉(zhuǎn)軌道近似為圓軌道，日地距離的微小變化改變不了地球的溫度 南北半球季節(jié)應(yīng)相同Elliptical orbit Far from the Sun, the planet experiences winter Close to the Sun, the planet experiences summer Not! 地球自轉(zhuǎn)軸不垂直黃道面地球自轉(zhuǎn)軸不垂直黃道面 地球的自轉(zhuǎn)軸與其公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）不垂直，成 23.5 度夾角 如果地球自轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軸平行，就不會有季節(jié)!

12、太陽永遠(yuǎn)位于天赤道上（與黃道重合）Right Angle 季節(jié)更替標(biāo)志：春、秋分，夏、冬至 天赤道與黃道面的夾角為23.5度 相交的兩點分別稱為春分點和秋分點 在黃道上距春分點和秋分點最遠(yuǎn)處則稱為夏至點和冬至點 在地球繞日運動中太陽東升和西落的方位角不斷變化 并造成一年一度四季的更迭 地球氣候的改變滯后于地球吸收太陽熱量的改變4、天球坐標(biāo)系、天球坐標(biāo)系 地平坐標(biāo)系方位角（地平面，北為0度），地坪高度（距天頂） 赤道坐標(biāo)系 The equatorial coordinate system地球赤道，北極，南極 天赤道為坐標(biāo)平面，北天極，南天極 黃道坐標(biāo)系地球繞太陽運動軌道平面為坐標(biāo)平面，黃極 銀道

13、坐標(biāo)系銀道面為坐標(biāo)平面，銀極角距和角大小角距和角大小 在假想的天球上描述天體相對于參考點的距離（即天體的坐標(biāo)），天文學(xué)家使用“角距離”而非長度單位（千米等） 兩個天體之間的距離常用它們與觀測者之間的夾角表示，即角距 天體的大小則用天體兩個邊緣與觀測者之間的夾角表示，即角大?。阂越嵌缺硎镜囊曋睆浇嵌取⒔欠?、角秒 一個圓周=360角度 1角度 = 60 角分 1 角分 = 60 角秒月亮看起來其實比手指還小地理坐標(biāo)地理坐標(biāo) 緯度：從赤道面起算 到北極090o 北緯到南極090o 南緯 經(jīng)度：從本初經(jīng)圈（定義零度經(jīng)線）起算（通過格林尼治天文臺）向東，東經(jīng)0180o 向西，西經(jīng)0180o 北京：東經(jīng)1

14、16度22分；北緯39度58分 赤道坐標(biāo)系：地球的經(jīng)緯線在天球上的投影 因為相對于天極和天赤道，所以每個天體的赤道坐標(biāo)是唯一的赤道坐標(biāo)系：赤經(jīng)和赤緯東 赤緯 Declination (Dec)，常用表示 天赤道 = 0度 北天極 = +90度 南天極 = -90度 從天赤道開始至兩極 Dec 90，90 度向北由0度到 +90 度向南由0度到 -90 度赤經(jīng) Right Ascension (RA)，常用表示 赤經(jīng)表示與地球經(jīng)度（-180至180度）不同 因為地球的自轉(zhuǎn)導(dǎo)致時間自然追蹤天體的運動，（即恒星可以用來測量時間），所以時間是計量赤經(jīng)的自然單位 赤經(jīng)用小時、分和秒的時間單位來表示，起點

15、為春分點，在天赤道上由西向東由0小時增加到24小時（即“恒星日” 對應(yīng)太陽日的23小時56分） 地球“24小時”自轉(zhuǎn)一周360度 赤經(jīng)“1小時”對應(yīng)地球自轉(zhuǎn)15度赤道坐標(biāo)系的例子赤道坐標(biāo)系的例子 北極星 Polaris： RA = 2小時31分，Dec = 89 度15 分 天狼星 Sirius: RA = 6小時45分, Dec = 16度43分東東星圖南用時間表示赤經(jīng)的含義用時間表示赤經(jīng)的含義 如果某時某刻位于子午線上的恒星的RA=6，那么1,2,個小時后位于子午線上的恒星的RA=7,8, 對于赤經(jīng)相差1小時的兩顆恒星，例如，RA2-RA1= +1小時：恒星1比恒星2早1小時通過你的子午線

16、（上中天）如果不是拱極星，恒星1比恒星2早1小時從東方升起地方恒星時 local sidereal time (為知道每個時刻一顆恒星相對于子午線的位置，定義地方恒星時：一個地方的“子午圈=某赤經(jīng)”與天球的春分點赤經(jīng)=0之間的時角赤經(jīng)差 ) 即：某地某時刻的地方恒星時等于此時刻位于其子午線上的恒星的赤經(jīng)（天球上與子午線重合的赤經(jīng)）赤經(jīng)小于（地方）恒星時的恒星位于子午線以西赤經(jīng)大于（地方）恒星時的恒星位于子午線以東 地球上每個（經(jīng)度）地方的恒星時與其經(jīng)度有關(guān)：相同時刻西邊的地方恒星時小于東邊的地方恒星時的變化規(guī)律 地球自轉(zhuǎn) 同一經(jīng)度的地方恒星時在一個太陽日內(nèi)隨太陽時（時鐘）增加而增加 地球繞太陽

17、公轉(zhuǎn) 一個恒星日比一個太陽日短約4分鐘 同一經(jīng)度的地方恒星時相對于相同太陽時（時鐘）連續(xù)每天增加約4分鐘，每月增加約2小時。在某地：如果在9月21日子夜的地方恒星時 0 hr.那么其在12月21日子夜的地方恒星時增加為 6 hr; 恒星時復(fù)原的周期為一年，即一年后同一經(jīng)度恒星時對應(yīng)相同的太陽時判斷恒星是否可見：恒星的時角 一顆恒星的時角、赤經(jīng)和當(dāng)?shù)氐暮阈菚r之間的關(guān)系為恒星時角 = 恒星時 恒星赤經(jīng) 恒星時 ） 0,恒星在子午線以西（赤經(jīng) 日全食概率 月球半影直徑約7000千米 月球本影寬度約270千米 月球公轉(zhuǎn)速度約3400千米/小時 地球（赤道）自轉(zhuǎn)速度1670千米/小時 地球彎曲表面西“近期近期”中國日全食中國日全食20082008年年8 8月月1 1日（西北地區(qū)）日（西北地區(qū)）20092009年年7 7月月2222日（長江流域）日（長江流域）20102010年年1 1月月1515日日 日環(huán)食日環(huán)食20352035年年9 9月月2 2日（北京）日（北京）月食（月食（Luna