地球概論(第一章)

由蘇州古代天文計時研究所專家經過一年多時間的反復試驗，一高為2.9米、縱深2.4米、寬2.1米的仿宋代銅壺漏刻報時裝置在蘇州復制成功。曾被中外古儀器專家和學者稱之神奇鐃神，即會報時的古代機器人也同時現身，令人嘆為觀止。據悉，銅壺漏刻是元代齊政樓(即現北京的鐘鼓樓)的報時儀器。后來一直成為元、明、清三朝都城報時中心的主要儀器。銅壺漏刻由天池、平水、萬分和收水四個壺并分層置于階梯狀的壺架上，其水自上而下從雕刻精致的龍口流出，依次最后流向收水壺，其水位隨著水的流入，內有一浮子托住箭尺不斷上升。壺蓋上有二龍托住一薄銅片的箭尺上指示出當時的時刻。箭桿還刻有96格，每格為15分鐘便自動報時8下。為保證水流不受大氣氣壓的影響，共有24根根據24個節(jié)氣做好的箭尺可更換。該銅壺漏刻令人最神奇的是有一個會報時的機器人(鐃神)，它每隔一刻鐘會自動擊鐃8下報時。雖然銅漏刻在中國已有數千年的發(fā)明與應用歷史，形狀大小不一，計時方法和原理卻相同。國家博物館、故宮博物院及多所大專院校的專家教授經多次調查認為，復原漏刻不難，難的是鐃神在不用機械又無齒輪的情況下，能每隔一刻鐘自動報時8下便成了千古之謎。蘇州古代天文計時儀器研究所所長陳凱歌帶領科研人員經過反復試驗，對鐃神報時功能作了多種結構推測，又聽取了眾多專家意見，從北宋水運儀象臺的平水壺和樞輪上的水斗受到啟發(fā)，用一斗水使鐃神敲一下的原則，讓大水斗提供敲擊鐃神8下的水量，最終實現擊鐃8下的要求。

日晷，是我國古代利用太陽投射的影變化來測定時刻的一種天文儀器。通常由銅制定的指針和石制的圓盤組成。在晷面上劃刻出12個大格，每一個大格代表兩個小時。當大陽光照在日晷上時，晷針的影子就是投向晷面，太陽由東向西移動，投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。于是，移動的晷針影像在晷面上刻度是顯示出具體的時刻。地球概論廣西師范大學環(huán)境與資源學院2010.2Credit：2.5Classlength：45hours

(practice)Location：Room306,BuildingNo.2

Instructor:WangYue；YangQinghuaOffice:Room601,Environment&ResourceBuildingTel15277399861Email：454554899@;55755781@RequiredTextbook金祖孟等，地球概論.1997，高等教育出版社References郭瑞濤.地球概論.1988，北京師范大學出版社.徐慶華.地球概論.1991，北京師范大學出版社.彭清玲等.地球概論.1993，西南師范大學出版社.ContentsChapter1地理坐標與天球坐標Chapter2地球的宇宙環(huán)境Chapter3地球的運動Chapter4地球運動的地理意義Chapter5地球和月球Chapter6地球的結構和物理性質第一章地理坐標和天球坐標地理坐標天球坐標第一節(jié)地理坐標地球上的經緯線經度和緯度地理坐標球面坐標模式一、地球上的經緯線緯線（圈）概念特點赤道極經線經圈和經線特點本初子午線本地子午線?oNS英國Greenwich天文臺,現為天文博物館天文臺內展出早期的天文望遠鏡、星象圖和天文鐘等地球上的方向經線代表南北方向北：沿經線指向北極南：沿經線指向南極緯線代表東西方向東：順地球自轉方向西：逆地球自轉方向?oNSABC練習二、地球上的方向和距離地球上的方向通常指地平方向；南北方向（經線方向），有限方向；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。地球上的方向與地球自轉我國傳統(tǒng)上把正午太陽所在方向定為正南，而把日出日落的方向視為東西方向；東西方向與地球自轉相聯系；在用時針的方向表述地球自轉方向時，必須明確觀測者是立足于哪個半球觀測地球自轉的。圖1-3十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯酉表示東西。圖1-2地球自轉方向—向東。在北半球看，呈逆時針方向；在南半球看，呈順時針方向。角距離與線距離的簡單換算關系海里：經線1分的弧長；兩地間弧分數=其長度的海里數，由此推出經線的全長：60海里×180=10800海里；赤道的周長：60海里×360=21600海里。方向的練習判斷下二圖中，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ各位于Ａ點的什么方向？

NSB·A·C·D·E·A·B·C·D·E·二、經度和緯度緯度（φ）線面角度量方向同一緯線上具有相同的緯度經度（λ）兩面角度量方向同一經線上具有相同的經度?oNS40oN120oEA經線都是大圓，緯度間隔大體相等：

1°約折合111km。

緯線是大小不等的圓經度的間隔，隨緯度增高而減??；與緯度的余弦成反比。三、地理坐標概念用經度和緯度來表示某地地理位置的方法。?oNS書寫格式緯度在前，經度在后數字在前，符號在后練習AA(40oN,120oE)四、球面坐標模式?o基圈度量緯度的起點，經度也是度量它的一段弧

輔圈垂直于基圈的大圓

緯度球面上任一點相對于基圈的方向和角距離經度球面上任一點所在輔圈相對于始圈的方向和角距離始圈：度量經度的起始面原點極極課堂練習如以通過北京（1160E）的經線為本初子午線，那么，現在的00經線的經度將是多少？如以現在的1200E經線為本初子午線，那么，上海（1210E）的經度將是多少？亞洲大陸最北點緯度為77043′N，最南點緯度為1017′N，最東點經度為169040′W，最西點經度為26003′E。求亞洲大陸東西的經度跨距與南北緯度跨距各是多少？

第二節(jié)天球坐標一、天球和天穹天球：以地心為球心半徑為任意的假想球體，表示天體視運動的輔助工具是整球和圓球；分地心天球和日心天球。天穹：地平以上的半個天球是半球和扁球。天球圖示圖1-7天球示意圖天球的半徑是任意的,所有天體,不論多遠,都可以在天球上有它們的投影。天穹：天球的概念天球：人們所能直接看到的地平以上的半個球形天空。

以地心為球心，以無窮大為半徑的假想球體。

天球上的圈和點地平圈天頂天底天球的視運動對于地球觀測者：天球圍繞我們以與地球自轉相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋轉；天球周日運動；周日圈：天體周日運動行經的路線，天體愈近天極周日圈愈小，反之亦然。圖1-8太陽周年運動方向向東(與地球公轉方向相同),其視行路線被稱為黃道。1春：中天獅子太陽飛馬夏：天蝎中天太陽獵戶秋：飛馬中天太陽獅子冬：獵戶中天太陽天蝎圖1-9夜半中星隨季節(jié)的變化這是地球公轉的反映。由夜半中星的變化間接推出太陽周年運動。><^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，方向向西，日轉一周；由于地球公轉而相對于恒星的運動，方向向東，年巡天一周。圖1-10天球的視運動左：地球公轉和太陽周年運動，二者都向東。右：地球自轉和天球周日運動，前者向東，后者向西。PP′天球上的幾個圈和點天赤道春分點秋分點K′K夏至點冬至點概念天北極、天南極黃道概念黃北極、黃南極與天赤道的交點與天赤道的大距點地平圈天子午圈圖1-11天球大圓的交點和遠距點左:地平圈與天赤道的交點（東、西）和遠距點(南、北、上、下)；右:黃道與天赤道的交點（二分）和遠距點（二至點和無名點）三個基本大圓：地平圈，天赤道，黃道；大圓的極點：地平圈兩極：天頂和天底；天赤道的兩極：天北極和天南極；黃道的兩極：黃北極和黃南極。大圓的交點：天赤道交地平圈：東點和西點；黃道交天赤道：春分點和秋分點。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。天球上的方向和距離方向：地球上方向的延伸；東西方向：俯視，逆鐘向為東；距離：只有角距離。圖1-12天球上的距離圖1-13球面坐標的一般模式由基圈、始圈和終圈構成球面三角形二、天球坐標球坐標系的一般模式以基圈、始圈和終圈構成一球面三角形；縱坐標即緯度；橫坐標即經度。兩大類天球坐標系右旋坐標系：與天球周日運動（地球自轉）聯系，向西；左旋坐標系：與太陽周年運動（地球公轉）聯系，向東。地平坐標系用途：表示天體在天空中的高度和方位；圓圈系統(tǒng)：地平圈，子午圈，卯酉圈；基本要點：基圈：地平圈；原點：南點；始圈：午圈；緯度：高度；經度：方位(0到360度，自南點向西沿地平圈度量）。圖1-14地平坐標系的圓圈系統(tǒng)：地平圈上4個相距90°的點：東、南、西、北點；得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）。圖1-15天體的地平坐標：高度和方位第一赤道坐標系(也稱時角坐標系)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；經度：時角（經圈改稱時圈）自上點沿天赤道向西度量（為使天體的時角“與時俱增”）。圖1-16(上)第一赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90°的點：東、西、上、下點；得到子午圈和六時圈。圖1-17（下）天體第一赤道坐標系：赤緯和時角第二赤道坐標系用途：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；經度：赤經，自天赤道向東度量（為使春分點沿天赤道向東度量，即當時的“恒星時”）。圖1-18（下）第二赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90°的點：二分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。

圖1-19（上）天體第二赤道坐標系：赤緯和赤經黃道坐標系用途：表示日月行星的位置及其運動；圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（通過春分點的黃經圈）和二至圈；基本要點：基圈：黃道；原點：春分點；始圈：無名圈；緯度：黃緯；經度：黃經，自春分點沿黃道向東度量（為使太陽的黃經“與日俱增”）。圖1-20（上）黃道坐標系的圓圈系統(tǒng)。黃道上4個相距90°的點：二分點和二至點；得到無名圈和二至圈。圖1-21（下）天體的黃道坐標系：黃緯和黃經

圖1-22仰極高度＝天頂赤緯＝當地緯度

地平坐標系和第一赤道坐標系；始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤緯，方位不同于時角；二者的具體差異與當地的緯度有關；仰極高度體現地平系統(tǒng)與第一赤道向系統(tǒng)的關系。

第二赤道坐標系和黃道坐標系：赤經和黃經都向東度量：有共同的原點（春分點）。但第一赤道坐標系以天赤道為基圈，春分圈為始圈；黃道坐標系以黃道為基圈，以無名圈為始圈。所以，赤緯不同于黃緯，赤經不同于黃經。圖1-23第二赤道坐標系和黃道坐標系基圈相同（天赤道）因而有相關的緯度（赤緯）但始圈不同，因而時角不同于赤經；

二者的具體差異于當時的恒星時有關；

恒星時即春分點的時角，或上點的赤經。天體赤經＋天體當時時角＝當時恒星時S（恒星時）=tr(春分點時角)S（恒星時）=t*(恒星的時角)+a*（恒星的赤經）恒星中天：t*=0則S（恒星時）=a*（恒星中天的赤經）圖1-24第一赤道坐標系和第二赤道坐標系復習思考題舉出下列天球大圓的兩極：地平圈子午圈天赤道卯酉圈黃道六時圈天頂天底東點西點天北極天南極南點北點黃北極黃南極上點下點舉出下列天球大圓的交點子午圈與地平圈子午圈與天赤道子午圈與卯酉圈天赤道與地平圈天赤道與黃道南點北點上點下點天頂天底東點西點春分點秋分點試推算二分二至時太陽的黃道坐標和赤道坐標

太陽黃緯太陽黃經太陽赤緯太陽赤經春分夏至秋分

冬至

0°90°