天文學(xué)天球與天球坐標(biāo)

天文學(xué)天球與天球坐標(biāo)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六◆特點(diǎn)：1）與直觀感覺(jué)相符的科學(xué)抽象；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表示；4）地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)。5）中心：觀測(cè)者，地球，或太陽(yáng)一、天球概念1、天球的概念：以觀測(cè)者為中心，無(wú)窮遠(yuǎn)為半徑，為研究天體的位置和運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)與人們直觀感覺(jué)相符的假想圓球。第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、天球的旋轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)天球的周日視運(yùn)動(dòng)天軸北天極;南天極北極星(小熊)周日圈;赤道圈第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

★★★球面三角基礎(chǔ)知識(shí)1.球面上的圓

（大圓、小圓）定理：

任何平面和球面的交線都是正圓。定義：

通過(guò)球心的平面與球面的交線，是直徑最大的圓，叫做大圓。不通過(guò)球心的平面與球面的交線，叫小圓。第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.球面上兩點(diǎn)的距離

球面上兩點(diǎn)間大圓弧的長(zhǎng)度叫球面上兩點(diǎn)的距離。第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.球面上圓的極

與圓所在平面相垂的球直徑與球面相交的兩個(gè)點(diǎn)。

大圓的極點(diǎn)：通過(guò)球心與大圓所在平面相垂的直線與球面的兩個(gè)交點(diǎn)。第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、天球上的基本點(diǎn)圈1、天極(p、p,)和天赤道(Q、Q,)2、天頂(Z)天底(Z,)和真地平3、天子午圈、四方點(diǎn)、和卯酉圈4、黃道和黃極5、二分點(diǎn)和二至點(diǎn)6、天極在天球上的位置h北＝φ第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1）天極和天赤道（celestialpoleandequator）天極PP’

：過(guò)天球中心做一與地球自轉(zhuǎn)軸平行的直線（天軸），它與天球相交的兩點(diǎn)為天極。天赤道QQ’

：過(guò)天球中心做一與天軸垂直的平面（天赤道面），它與天球相交的大圓為天赤道。北天極P南天極P’QQ’天赤道第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2）天頂、天底和真地平（vertex，nadir＆realhorizon）天頂Z

：過(guò)天球中心做一直線與觀測(cè)點(diǎn)的鉛垂線平行，交天球于兩點(diǎn)，位于觀測(cè)者頭頂?shù)囊稽c(diǎn)稱天頂。天底Z’

：與天頂相對(duì)的另一交點(diǎn)為天底。真地平：過(guò)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。北天極P南天極P’QQ’天赤道天頂Z天底Z’真地平第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3）天子午圈、四方點(diǎn)、卯酉圈天子午圈(celestialmeridian)：過(guò)天極和天頂?shù)拇髨A。四方點(diǎn)(directionpoint)

：天子午圈與真地平相交的兩點(diǎn)為南北點(diǎn)(靠近北天極的為北點(diǎn))。天赤道與真地平相交的兩點(diǎn)為東西點(diǎn)。北天極P南天極P’QQ’天赤道天頂Z天底Z’真地平子午圈北點(diǎn)N南點(diǎn)S西點(diǎn)W東點(diǎn)E第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3）天子午圈、四方點(diǎn)、卯酉圈卯酉圈：過(guò)天頂和東西點(diǎn)所做的大圓。第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于地球的自轉(zhuǎn)，恒星在天上每天旋轉(zhuǎn)一圈，這運(yùn)動(dòng)稱為周日視運(yùn)動(dòng)。13第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4）黃道與黃極（ecliptic＆eclipticpole）黃道：過(guò)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(duì)應(yīng)的兩個(gè)極點(diǎn)。黃赤交角：黃道與赤道的交角。ε＝230.5第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)北半球中緯度地區(qū)，太陽(yáng)在春分秋分時(shí)正好位于天赤道上，正東升起，正西落下，晝夜等長(zhǎng)。15第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六離心率+傾斜的軌道=！16第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5）二分點(diǎn)、二至點(diǎn)二分點(diǎn)：黃道與天赤道的兩個(gè)交點(diǎn)。春分點(diǎn)；秋分點(diǎn)二至點(diǎn)：黃道上與二分點(diǎn)相距900的另兩個(gè)點(diǎn)。夏至點(diǎn)；冬至點(diǎn)黃道第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度。第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六觀測(cè)北極星高度定地理緯度小熊星座ɑ星（即北極星）距天北極很近極距約為４９’。只要測(cè)出北極星的高度，經(jīng)一些必要的修正其值就是測(cè)點(diǎn)的地理緯度。只要得用簡(jiǎn)單的測(cè)角器測(cè)量北極星的高度也可得到地理緯度的概值。這樣的測(cè)定最大誤差約為±４９’第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、天球坐標(biāo)系地平 坐標(biāo)系時(shí)角 坐標(biāo)系赤道 坐標(biāo)系黃道 坐標(biāo)系第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六◆◆◆地理坐標(biāo)系基圈—赤道；主圈（始圈）—本初子午線；坐標(biāo)值—經(jīng)度和緯度緯度的度量－從赤道沿經(jīng)線向北的稱北緯，０°～９０°N;向南的稱為南緯度，０°～９０°Ｓ。同一緯線上有相同的緯度。習(xí)慣上０°～３０°的地區(qū)，稱為低緯，３０°～６０°為中緯，６０°～９０°為高緯。經(jīng)度的度量－是該點(diǎn)子午面和本初子午面之間的夾角。經(jīng)度的度量，從本初子午線沿赤道向東度量的稱為東經(jīng)，０°～１８０°Ｅ；向西度量為西經(jīng)０°～１８０°Ｗ。同一經(jīng)線上有相同的經(jīng)度。東西半球的劃分不是以本初子午線劃分的而是以２０°Ｗ和１６０°Ｅ劃分的。第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六地平高度h:

由真地平沿過(guò)天體的地平經(jīng)圈向天頂、天底量度（00

—±900）（天頂距Z):Z＝900－h(huán)

方位角A:

起始點(diǎn)：南點(diǎn)北點(diǎn)由北點(diǎn)或南點(diǎn)沿真地平順時(shí)針度量到過(guò)天體的地平經(jīng)圈（00

–3600）1、地平坐標(biāo)系(地平高度h或天頂距Z，方位角A)基本點(diǎn)：天頂天底基本圈：真地平真地平某一天體北點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易懂；缺點(diǎn)：坐標(biāo)因天球的周日視運(yùn)動(dòng)而不停改變。第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

基本點(diǎn)：天極

基本圈：天赤道赤緯(Dec)δ：由天赤道沿過(guò)天體的赤經(jīng)圈向北＆南天極方向度量（00-±900）時(shí)角t：起始點(diǎn)－子午圈與天赤道邊的交點(diǎn)Q’。由起始點(diǎn)沿天赤道順時(shí)針量至天體所在赤經(jīng)圈（0h

–24h）2、時(shí)角坐標(biāo)系(赤緯δ，時(shí)角t)某一天體第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六基本點(diǎn)：天極基本圈：天赤道赤緯

（DEC)δ：同上赤經(jīng)（RA）α：起始點(diǎn)-春分點(diǎn)（SpringEquinox）.

由春分點(diǎn)沿天赤道逆時(shí)針?lè)较蛄恐撂祗w所在赤經(jīng)圈（0h

–24h)2、赤道坐標(biāo)系(赤經(jīng)α，赤緯δ)第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六春分點(diǎn)的時(shí)角：

tr＝(α＋t)第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六基本點(diǎn)：黃極基本圈：黃道黃緯β：由黃道沿過(guò)天體的黃經(jīng)圈向北和南黃極度量（00

—±900）黃經(jīng)λ：起始點(diǎn)-春分點(diǎn)由春分點(diǎn)沿黃道逆時(shí)針量至天體所在黃經(jīng)圈與黃道的交點(diǎn)（00-3600)3、黃道坐標(biāo)系(黃經(jīng)λ，黃緯β)第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4、銀道坐標(biāo)系(銀經(jīng)L，銀緯b

)第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第29頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)于本課程：星空運(yùn)轉(zhuǎn)與周日視運(yùn)動(dòng)；天球和天球坐標(biāo)系；時(shí)間與歷法；天文望遠(yuǎn)鏡；太陽(yáng)、地球、太陽(yáng)系；恒星的形成和演化；白矮星、中子星和黑洞；銀河系；星系和宇宙；地外生命與地外文明。30第30頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六梅西耶星表查爾斯·梅西耶（CharlesMessier，