第一章-天球坐標與時間課件

第二章北京師范大學天文系張燕平天文觀測知識

——天文奧賽輔導第二章北京師范大學天文系天文觀測知識

今晚，我們能觀測到這顆星嗎？

這是一個需要做出回答的重要問題，是和觀測絕對有關(guān)的。只有當下面四個問題的答案都是“肯定”時，才能對這個問題做出肯定的回答。1.天氣適合觀測嗎？2.考慮我們擁有的觀測設(shè)備的觀測能力，這顆星足夠亮嗎?3.天足夠黑嗎?4.這顆星在地平線以上足夠高嗎？今晚，我們能觀測到這顆星嗎？這是一個需要做出回答內(nèi)容第一章天球坐標系第二章時間與歷法第三章天文望遠鏡觀測題解內(nèi)容第一章天球坐標系第一章天球坐標系第一章天球坐標系在晴朗的夜晚，仰望天空,眼前像有一個半球形的夜幕天穹,上面點綴著無數(shù)閃爍發(fā)亮的明星，感覺自己仿佛是處在這個天穹的中心,這就是人們對“天球”的印象。天文學家為了研究天體的位置和天體的運動引入了“天球”的概念和天球坐標?！?.1天球在晴朗的夜晚，仰望天空,眼前像有一個半球形的夜幕天穹,上面點地理坐標緯度(φ)：赤道以北為正、以南為負（范圍：-90°<φ<90°）經(jīng)度(λ)：英國格林尼治本初子午線(λ=0°0′0″)，以東為正，以西為負（范圍：-180°<λ<180°；有時也可能用0°<λ<360°表示）

[′和″表示角分和角秒][h、m、s表示時間中的小時、分鐘、秒]地理坐標用法的示例：北京：φ=+39°57′27″=+42.3606°λ=116°27′36″=7h45m22.4s地理坐標緯度(φ)：赤道以北為正、以南為負天球是一個假想的球，它是以觀測者（或地心、日心）為中心，以無窮遠為半徑的球，所有天體都投影在這個球面上。天球天球是一個假想的球，它是以觀測者（或地心、日心）為中心，以無天球特點：1、與直觀感覺相符的科學抽象，半徑可任意選取2、天體在天球上的位置只反映天體視方向的投影3、天球上任意兩天體的距離用其角距(對天球球心的張角)表示4、地面上兩平行方向指向天球同一點5、任意點為球心天球特點：1、與直觀感覺相符的科學抽象，半徑可任意選取southcelestialpoleSCP南天極northcelestialpoleNCP北天極

天球的軸是地球自轉(zhuǎn)軸的延伸，叫天軸，天軸與天球有兩個交點，叫作天極,地球北極延伸的點叫北天極,地球南極延伸的那個點叫南天極。

§1.2天球上的基本點圈1、天極與天赤道southcelestialpolenorthcelesouthcelestialpolenorthcelestialpole我們能想象天球有一個“天赤道”southcelestialpolenorthcele我們能想象天球有一個“天赤道”southcelestialpolenorthcelestialpole…這是地球赤道的擴展我們能想象天球有一個“天赤道”southcelestial我們也能在天球上畫出假想的經(jīng)度線(longitude)southcelestialpolenorthcelestialpole和緯度線(latitude)相應(yīng)的天球坐標是：經(jīng)度赤經(jīng)rightascension(RA)緯度赤緯declination(dec)我們也能在天球上畫出假想的經(jīng)度線(longitude)so平行天赤道的天球上的小圓圈叫緯圈平行天赤道的天球上的小圓圈叫緯圈垂直赤道并且過兩個天極的大圓圈叫經(jīng)圈或時圈。垂直赤道并且過兩個天極的大圓圈叫經(jīng)圈或時圈。2、天頂、天底和真地平天頂：Z過天球中心做一直線與觀測點的鉛垂線平行，交天球于兩點，位于觀測者頭頂?shù)囊稽c稱天頂。天底：Z’與天頂相對的另一交點為天底。真地平：過天球中心做一與鉛垂線垂直的平面，與天球相交的大圓為真地平。ZZ’2、天頂、天底和真地平天頂：Z過天球中心做一直線與觀測點NSWELookingup,thisnorthernhemisphere

observerwillsee:地平線北極星Polaris,位于北天極注意星圖上東,西的位置NSWELookingup,thisnorthernNSWhorizon從地平北點，通過天頂，到地平的南點，這條假想的線稱為：天頂“天子午線”天子午圈：過天極和天頂?shù)拇髨A。NSWhorizon從地平北點，通過天頂，到地平的南點，這條卯酉圈：過天頂和東西點所做的大圓弧。NSWhorizon天頂E卯酉圈：過天頂和東西點所做的大圓弧。NSWhorizon天頂3.黃道與黃極黃道：過天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行的平面為黃道面，與天球相交的大圓為黃道。黃極：黃道所對應(yīng)的兩個極點。黃赤交角：黃道與赤道的交角ε＝23°.53.黃道與黃極黃道：過天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行的5、二分點、二至點

二分點：黃道與天赤道的兩個交點。

春分點(升交點)；

秋分點(降交點)二至點：黃道上與二分點相距90°的另兩個點：夏至點(天赤道以北)；冬至點(天赤道以南)春分點秋分點夏至點冬至點北天極黃道5、二分點、二至點二分點：二至點：春分點秋分點夏至點冬至§1.3天球坐標

地平高度(alt)

h

：

由真地平沿過天體的地平經(jīng)圈向天頂量度(0°-90°)

天頂距z:z＝90°－h(huán)

方位角A(AZ):

起始點：北點由北點沿真地平順時針(左手坐標系

)度量到過天體的地平經(jīng)圈(0°-360)一、地平坐標基本點：北點基本圈：真地平§1.3天球坐標地平高度(alt)h：一、地平天體的方位與高度天體地平高度h天體方位角A天體的方位與高度天體地平高度h天體方位角A地平坐標是一個簡單的坐標系，但它依賴于觀測者所在的地面位置，位置不同，地平線也不一樣，地平坐標具有強烈的“地方性”。我們可以使用天球的概念，來建立另一種天球坐標系，這種坐標系不依賴于觀測者所在的地面位置地平坐標是一個簡單的坐標系，但它依賴于觀測者所在的地面位置，二、時角坐標（第一赤道坐標系）

赤緯δ：由天赤道沿過天體的赤經(jīng)圈向兩極方向度量(0°-±90°)

時角t

：起始點：子午圈與天赤道南邊的交點Q’。由起始點沿天赤道順時針量至天體所在赤經(jīng)圈（0h–24h）基本點：子午圈與天赤道南邊的交點Q’基本圈：天赤道南二、時角坐標（第一赤道坐標系）赤緯δ：基本點：子午圈與

赤緯用度,分,秒來測量，位于天赤道的上下兩面，上為正，下為負。例如，靠近北天極的恒星，其赤緯接近+90°,而靠近南天極的恒星，其赤緯接近-90°.

時角用小時，分，秒來度量,因為恒星兩次出現(xiàn)在天空中同一位置的時間間隔大概需一天(24h)(1degree=60arcmin,

1arcmin=60arcsec)赤緯用度,分,秒來測量，位于天赤道的上下兩面，上可證明，地球上任何觀測點的天極高度等于當?shù)氐牡乩砭暥?/p>

在同一地點有：天極的高度(hp)=地理緯度(φ)=天頂?shù)某嗑?δZ)；人們正是根據(jù)這一原理來測定所在地的緯度。可證明，地球上任何觀測點的天極高度等于當?shù)氐牡乩砭暥?/p>

在同一

當?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度北京地區(qū)地理緯度φ≈40°北京地區(qū)北極星的地平高度h

≈40°在北極，北極星的地平高度=?在赤道上，北極星的地平高度=?當?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度北京地區(qū)地理緯度在北極，

赤緯δ：同時角坐標赤經(jīng)α：起始點：春分點由春分點沿天赤道逆時針方向(右手坐標系)量至天體所在赤經(jīng)圈（0h–24h)

春分點的時角：

tr

＝(α＋t)三、赤道坐標（第二赤道坐標系）基本點：春分點(位于白羊座

)基本圈：天赤道赤緯δ：同時角坐標三、赤道坐標（第二赤道坐標系）基本點：SWEhorizonN我們能填加恒定的赤經(jīng)線

rightascension(RA)和赤緯線

(dec)SWEhorizonN我們能填加恒定的赤經(jīng)線righta

因春分點本身也在作周日運動，它相對于天體而言，基本上靜止不動。因此一顆恒星的赤道坐標基本不變，可表示為:12:52:03,-47:34:43意思為：赤經(jīng)(RA)=12h52m3s,

赤緯(DEC)=-47o34’43”赤經(jīng)也用小時，分，秒來度量,因為恒星出現(xiàn)在天空中同一位置大概需一天時間因春分點本身也在作周日運動，它相對于天體而言，基本上織女星（天琴座α），在以1986.5年的天赤道和春分點建立的坐標系中的坐標值為：

需要注意的是：從長周期的運動來講，天赤道和春分點相對于恒星不是固定不變的（因為春分點存在著一種緩慢的運動現(xiàn)象，叫“歲差”）。因此，天球坐標系所參考的天赤道和春分點是某一特定日期特定時刻（如2000.0年或1950.0年）的天赤道和春分點。織女星（天琴座α），在以1986.5年的天赤道和春分點建立的四、黃道坐標基本點：春分點基本圈：黃道黃緯β：由黃道沿過天體的黃經(jīng)圈向兩邊度量（0°—±90°）黃經(jīng)λ：由春分點沿黃道逆時針量至天體所在黃經(jīng)圈與黃道的交點（0°–360°)四、黃道坐標基本點：春分點§2.4天體的周日視運動

由于地球是自西向東自轉(zhuǎn)，由相對運動原理，人們不覺地球在運動，卻看到所有天體都圍繞著天軸(地球自轉(zhuǎn)軸的延伸)自東向西運動，24小時運轉(zhuǎn)一周，這就叫天體的周日視運動?！?.4天體的周日視運動由于地球是自西向東自轉(zhuǎn)，

天體的周日視運動對著北天極附近天區(qū)連續(xù)曝光，可看到恒星周日視運動的軌跡天體的周日視運動對著北天極附近天區(qū)連續(xù)曝光，可看到恒

這是北天恒星周日視運動的照片。每條弧線都是一顆恒星穿過夜空的軌跡。圖(a)的曝光時間約為1小時，圖(b)約為5小時。

在地球的南、北極地區(qū)看到所有天體都平行于地平圈做圓運動，在北極只看到北半天球的星，永遠看不到南半天球的天體，不同緯度處的天體視運動：在地球的南、北極地區(qū)看到所有天體都平行于地平圈做圓運動，

在地球赤道地區(qū)看到所有天體都垂直于地平面做圓運動,

可看到全天球的天體。在地球赤道地區(qū)看到所有天體都垂直于地平面做圓運動,

可

在中緯地區(qū)看到的天體的周日視動地理緯度越高,天極離地面越高,可看到的南半天球的星就越少。在中緯地區(qū)看到的天體的周日視動地理緯度越高,天極離地面越

southcelestialpolenorthcelestialpole一個地球表面的觀測者看到地平線以上的夜空但看不到地平線下面的observer’shorizon因此這個觀測者能看到北天極和大部分天空(隨著地球的自轉(zhuǎn)),

但看不到靠近南天極附近的南部天空。southcelestialpolenorthce永不上升與永不下落天體1、永不下落天體：

δ≥（90°－φ）永不上升天體：δ≤－（90°－φ）

2、地理緯度越高，這類天體越多：極區(qū)：各半；赤道：無在北京，北極星的高度約40度，φ=40δ≥50°

，永不下落，δ≤－50°，永不上升永不上升永不下落永不上升與永不下落天體1、永不下落天體：在北京，北極星的高度天體的中天1、上中天：在天極以南過子午圈。

2、下中天：在天極以北過子午圈。1、上中天：在天頂以南：φ＞δ；

Z＝φ－δ

在天頂以北：φ＜δ；

Z＝δ－φ2、下中天：

Z＝180°－（δ＋φ）∵Z＝（90°－δ）＋（90°－φ）子午圈天體的中天1、上中天：在天極以南過子午圈。子午圈§2.5天體的周年視運動

地球的公轉(zhuǎn)→天體的周年視運動→太陽自西向東在黃道上每年運行一周，每天在黃道上向東運動約1度(與周日視運動方向相反)→造成四季星空的不同?！?.5天體的周年視運動地球的公轉(zhuǎn)

太陽的周年視運動軌跡：

黃道

運動方向：自西向東當太陽位于：春分點時:（3月21日左右）α＝0h

δ＝0°夏至點時:（6月22日左右）α＝6hδ＝23°.5秋分點時:（9月23日左右）

α＝12hδ＝0°冬至點時:(12月22日左右）α＝18hδ＝－23°.5太陽的周年視運動軌跡：

黃道

運動方向：自天球儀是一個表述各種天體坐標和演示天體視運動的天球模型。球面上標有亮星的位置、星名、國際通用的星座以及幾種天球坐標系的標志和度數(shù)。天球儀上還繪有赤道圈、赤經(jīng)圈、赤緯圈和黃道圈。天球儀天球儀是一個表述各種天體坐標和演示天體視運動的天球模型。球面用星空軟件來顯示各種天球坐標用星空軟件來顯示各種天球坐標

第二章北京師范大學天文系張燕平天文觀測知識

——天文奧賽輔導第二章北京師范大學天文系天文觀測知識

今晚，我們能觀測到這顆星嗎？

這是一個需要做出回答的重要問題，是和觀測絕對有關(guān)的。只有當下面四個問題的答案都是“肯定”時，才能對這個問題做出肯定的回答。1.天氣適合觀測嗎？2.考慮我們擁有的觀測設(shè)備的觀測能力，這顆星足夠亮嗎?3.天足夠黑嗎?4.這顆星在地平線以上足夠高嗎？今晚，我們能觀測到這顆星嗎？這是一個需要做出回答內(nèi)容第一章天球坐標系第二章時間與歷法第三章天文望遠鏡觀測題解內(nèi)容第一章天球坐標系第一章天球坐標系第一章天球坐標系在晴朗的夜晚，仰望天空,眼前像有一個半球形的夜幕天穹,上面點綴著無數(shù)閃爍發(fā)亮的明星，感覺自己仿佛是處在這個天穹的中心,這就是人們對“天球”的印象。天文學家為了研究天體的位置和天體的運動引入了“天球”的概念和天球坐標?！?.1天球在晴朗的夜晚，仰望天空,眼前像有一個半球形的夜幕天穹,上面點地理坐標緯度(φ)：赤道以北為正、以南為負（范圍：-90°<φ<90°）經(jīng)度(λ)：英國格林尼治本初子午線(λ=0°0′0″)，以東為正，以西為負（范圍：-180°<λ<180°；有時也可能用0°<λ<360°表示）

[′和″表示角分和角秒][h、m、s表示時間中的小時、分鐘、秒]地理坐標用法的示例：北京：φ=+39°57′27″=+42.3606°λ=116°27′36″=7h45m22.4s地理坐標緯度(φ)：赤道以北為正、以南為負天球是一個假想的球，它是以觀測者（或地心、日心）為中心，以無窮遠為半徑的球，所有天體都投影在這個球面上。天球天球是一個假想的球，它是以觀測者（或地心、日心）為中心，以無天球特點：1、與直觀感覺相符的科學抽象，半徑可任意選取2、天體在天球上的位置只反映天體視方向的投影3、天球上任意兩天體的距離用其角距(對天球球心的張角)表示4、地面上兩平行方向指向天球同一點5、任意點為球心天球特點：1、與直觀感覺相符的科學抽象，半徑可任意選取southcelestialpoleSCP南天極northcelestialpoleNCP北天極

天球的軸是地球自轉(zhuǎn)軸的延伸，叫天軸，天軸與天球有兩個交點，叫作天極,地球北極延伸的點叫北天極,地球南極延伸的那個點叫南天極。

§1.2天球上的基本點圈1、天極與天赤道southcelestialpolenorthcelesouthcelestialpolenorthcelestialpole我們能想象天球有一個“天赤道”southcelestialpolenorthcele我們能想象天球有一個“天赤道”southcelestialpolenorthcelestialpole…這是地球赤道的擴展我們能想象天球有一個“天赤道”southcelestial我們也能在天球上畫出假想的經(jīng)度線(longitude)southcelestialpolenorthcelestialpole和緯度線(latitude)相應(yīng)的天球坐標是：經(jīng)度赤經(jīng)rightascension(RA)緯度赤緯declination(dec)我們也能在天球上畫出假想的經(jīng)度線(longitude)so平行天赤道的天球上的小圓圈叫緯圈平行天赤道的天球上的小圓圈叫緯圈垂直赤道并且過兩個天極的大圓圈叫經(jīng)圈或時圈。垂直赤道并且過兩個天極的大圓圈叫經(jīng)圈或時圈。2、天頂、天底和真地平天頂：Z過天球中心做一直線與觀測點的鉛垂線平行，交天球于兩點，位于觀測者頭頂?shù)囊稽c稱天頂。天底：Z’與天頂相對的另一交點為天底。真地平：過天球中心做一與鉛垂線垂直的平面，與天球相交的大圓為真地平。ZZ’2、天頂、天底和真地平天頂：Z過天球中心做一直線與觀測點NSWELookingup,thisnorthernhemisphere

observerwillsee:地平線北極星Polaris,位于北天極注意星圖上東,西的位置NSWELookingup,thisnorthernNSWhorizon從地平北點，通過天頂，到地平的南點，這條假想的線稱為：天頂“天子午線”天子午圈：過天極和天頂?shù)拇髨A。NSWhorizon從地平北點，通過天頂，到地平的南點，這條卯酉圈：過天頂和東西點所做的大圓弧。NSWhorizon天頂E卯酉圈：過天頂和東西點所做的大圓弧。NSWhorizon天頂3.黃道與黃極黃道：過天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行的平面為黃道面，與天球相交的大圓為黃道。黃極：黃道所對應(yīng)的兩個極點。黃赤交角：黃道與赤道的交角ε＝23°.53.黃道與黃極黃道：過天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行的5、二分點、二至點

二分點：黃道與天赤道的兩個交點。

春分點(升交點)；

秋分點(降交點)二至點：黃道上與二分點相距90°的另兩個點：夏至點(天赤道以北)；冬至點(天赤道以南)春分點秋分點夏至點冬至點北天極黃道5、二分點、二至點二分點：二至點：春分點秋分點夏至點冬至§1.3天球坐標

地平高度(alt)

h

：

由真地平沿過天體的地平經(jīng)圈向天頂量度(0°-90°)

天頂距z:z＝90°－h(huán)

方位角A(AZ):

起始點：北點由北點沿真地平順時針(左手坐標系

)度量到過天體的地平經(jīng)圈(0°-360)一、地平坐標基本點：北點基本圈：真地平§1.3天球坐標地平高度(alt)h：一、地平天體的方位與高度天體地平高度h天體方位角A天體的方位與高度天體地平高度h天體方位角A地平坐標是一個簡單的坐標系，但它依賴于觀測者所在的地面位置，位置不同，地平線也不一樣，地平坐標具有強烈的“地方性”。我們可以使用天球的概念，來建立另一種天球坐標系，這種坐標系不依賴于觀測者所在的地面位置地平坐標是一個簡單的坐標系，但它依賴于觀測者所在的地面位置，二、時角坐標（第一赤道坐標系）

赤緯δ：由天赤道沿過天體的赤經(jīng)圈向兩極方向度量(0°-±90°)

時角t

：起始點：子午圈與天赤道南邊的交點Q’。由起始點沿天赤道順時針量至天體所在赤經(jīng)圈（0h–24h）基本點：子午圈與天赤道南邊的交點Q’基本圈：天赤道南二、時角坐標（第一赤道坐標系）赤緯δ：基本點：子午圈與

赤緯用度,分,秒來測量，位于天赤道的上下兩面，上為正，下為負。例如，靠近北天極的恒星，其赤緯接近+90°,而靠近南天極的恒星，其赤緯接近-90°.

時角用小時，分，秒來度量,因為恒星兩次出現(xiàn)在天空中同一位置的時間間隔大概需一天(24h)(1degree=60arcmin,

1arcmin=60arcsec)赤緯用度,分,秒來測量，位于天赤道的上下兩面，上可證明，地球上任何觀測點的天極高度等于當?shù)氐牡乩砭暥?/p>

在同一地點有：天極的高度(hp)=地理緯度(φ)=天頂?shù)某嗑?δZ)；人們正是根據(jù)這一原理來測定所在地的緯度?？勺C明，地球上任何觀測點的天極高度等于當?shù)氐牡乩砭暥?/p>

在同一

當?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度北京地區(qū)地理緯度φ≈40°北京地區(qū)北極星的地平高度h

≈40°在北極，北極星的地平高度=?在赤道上，北極星的地平高度=?當?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度北京地區(qū)地理緯度在北極，

赤緯δ：同時角坐標赤經(jīng)α：起始點：春分點由春分點沿天赤道逆時針方向(右手坐標系)量至天體所在赤經(jīng)圈（0h–24h)

春分點的時角：

tr

＝(α＋t)三、赤道坐標（第二赤道坐標系）基本點：春分點(位于白羊座

)基本圈：天赤道赤緯δ：同時角坐標三、赤道坐標（第二赤道坐標系）基本點：SWEhorizonN我們能填加恒定的赤經(jīng)線

rightascension(RA)和赤緯線

(dec)SWEhorizonN我們能填加恒定的赤經(jīng)線righta

因春分點本身也在作周日運動，它相對于天體而言，基本上靜止不動。因此一顆恒星的赤道坐標基本不變，可表示為:12:52:03,-47:34:43意思為：赤經(jīng)(RA)=12h52m3s,

赤緯(DEC)=-47o34’43”赤經(jīng)也用小時，分，秒來度量,因為恒星出現(xiàn)在天空中同一位置大概需一天時間因春分點本身也在作周日運動，它相對于天體而言，基本上織女星（天琴座α），在以1986.5年的天赤道和春分點建立的坐標系中的坐標值為：

需要注意的是：從長周期的運動來講，天赤道和春分點相對于恒星不是固定不變的（因為春分點存在著一種緩慢的運動現(xiàn)象，叫“歲差”）。因此，天球坐標系所參考的天赤道和春分點是某一特定日期特定時刻（如2000.0年或1950.0年）的天赤道和春分點?？椗牵ㄌ烨僮粒谝?986.5年的天赤道和春分點建立的四、黃道坐標基本點：春分點基本圈：黃道黃緯β：由黃道沿過天體的黃經(jīng)圈向兩邊度量（0°—±90°）黃經(jīng)λ：由春分點沿黃道逆時針量至天體所在黃經(jīng)圈與黃道的交點（0°–360°)四、黃道坐標基本點：春分點§2.4天體的周日視運動

由于地球是自西向東自轉(zhuǎn)，由相對運動原理，人們不覺地球在運動，卻看到所有天體都圍繞著天軸(地球自轉(zhuǎn)軸的延伸)自東向西運動，24小時運轉(zhuǎn)一周，這就叫天體的周日視運動?！?.4天體的周日視運動由于地球是自西向東自轉(zhuǎn)，

天體的周日視運動對著北天極附近天區(qū)連續(xù)曝光，可看到恒星周日視運動的軌跡天體的周日視運動對著北天極附近天區(qū)連續(xù)曝光，可看到恒

這是北天恒星周日視運動的照片。每條弧線都是一顆恒星穿過夜空的軌跡。圖(a)的曝光時間約為1小時，圖(b)約為5小時。

在地球的南、北極地區(qū)看到所有天體都平行于地平圈做圓運動，在北極只看到北半天球的星，永遠看不到南半天球的天體，不同緯度處的天體視運動：在地球的南、北極地區(qū)看到所有天體都平行于地平圈做圓運動，

在地球赤道地區(qū)看到所有天體都垂直于地平面做圓運動,

可看到全天球的天體。在地球赤道地區(qū)看到所有天體都垂直于地平面做