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第二讲-天球坐标幻灯片.ppt

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,天球坐标,为什么要建立天球坐标系?,同地理坐标系一样,为了定位的需要(确定天体在天球上的位置)。,1,地球坐标系与天球坐标系,地球坐标系相关的三个基本大圆:,赤道,本初子午线,本地子午线,天球坐标系相关的三个基本大圆:,地平圈,天赤道,黄 道,地理坐标系和天球坐标系都是,球面坐标系,。,2,球面坐标系的一般模式:,以基圈、始圈和终圈构成的球面三角形;,三角形的三顶点为极点、原点和介点。,纵坐标即纬度;,天体的纬度就是天体所在的球半径与基圈平面的夹角。,横坐标即经度,;,天体的经度就是始圈与终圈平面的夹角。,3,球面坐标系共同的特点:,都有一个基本大圆(基圈)。,例如,地理坐标系中,赤道就是它的基圈;而在不同的天球坐标系中,基圈各异。,基圈上都有一个原点。,球面上任一点相对于基圈的方向和角距离,用,纬度表示,,是点得,纵坐标,。,球面上任一点所在的辅圈平面相对于始圈平面的方向和角距离,用,经度表示,,是点得,横坐标,。,4,天球坐标系分类,右旋坐标系:,与天球周日运动(,地球自转,)联系,向西,因此,,经度向西度量,,有,地平坐标系,和,第一赤道坐标系,;,左旋坐标系:,与太远周年运动(,地球公转,)联系,向东,因此,,经度向东度量,,有,第二赤道坐标系,和,黄道坐标系,;,5,地平坐标系,用途:用来表示天体在天空中的方位、高度和周日变化。,6,圆圈系统:,地平坐标系同地平圈相联系。,地平圈:,定义(略)、两极,(天定和天底),地平经圈:,通过,Z,和,Z,且垂直于地平圈的一切大圆,简称平经圈。,地平纬圈:,也叫,等高线,,指一切与地平圈平行的圆。,7,子午圈:,通过南点和北点的平经圈。,(同时也一定通过,P,、,P,和,Q,、,Q,),以天顶、天底为界,分为,子圈,(北半圈)和,午圈,(南半圈),卯酉圈:,通过东点和西点的平经圈。,以天顶、天底为界,分为,卯圈,(东半圈)和,酉圈,(西半圈),地平圈、子午圈和卯酉圈是相互垂直且等分的三个天球大圆,它们把天球分成,8,个相等的球面三角形。,8,基本要点:,(,1,),基圈:,地平圈;,(,2,),原点:,南点;,始圈:,午圈;,(,3,),纬度:,称,高度(,h,),,是天体相对于地平圈的方向和角距离。,(,0,90,,自地平圈起,沿天体所在的地平经圈向上(下)度量。),高度的余角为天顶距,(,Z,)。,(,4,),经度,,称,方位(,A,),,是天体所在的地平经圈相对于午圈的方向和角距离。,(,0,360,,以南点为起点,沿地平圈向西度量。),之所以向西度量,是因为天体周日运动方向向西,使天体方位随时间递增,便于计量。,9,随堂练习:,已知纬度,=33,N,,试推算下列各点的坐标。填下表:,高度,方位,天顶,天底,天北极,天南极,东点,西点,南点,北点,上点,下点,点,坐标,10,随堂练习:,已知纬度,=33,N,,试推算下列各点的坐标。填下表:,高度,方位,天顶,90,任意,天底,-90,任意,天北极,33,180,天南极,-33,0,东点,0,270,西点,0,90,南点,0,0,北点,0,180,上点,57,0,下点,-57,180,点,坐标,11,第一赤道坐标系:赤纬和时角,用途:又称时角坐标系。是用于时间度量。,12,圆圈系统:,第一赤道坐标系统以天赤道与地平圈的相互关系为基础。,天赤道:,定义(略)、两极(天北极,和天南极),赤经圈:,通过,P,和,P,且垂直于天赤道的一切天球大圆,是天球的赤道,简称赤经圈。,赤纬圈:,一切与天赤道平行的圆。,13,子午圈:,通过上点和下点的赤经圈。,(同时也一定通过,Z,、,Z,和,S,、,N,),以天北极、天南极为界,分为,子圈,和,午圈。,六时圈:,通过东点和西点的赤经圈。,以天北极、天南极为界,分为,东六时圈,和,西六时圈,。,天赤道、子午圈和六时圈是相互垂直且等分的三个天球大圆,它们把天球分成,8,个相等的球面三角形。,子午圈是一个十分重要的天球大圆。,它既垂直于地平圈,又垂直于天赤道,,是联系地平坐标系和赤道坐标系的纽,带。,14,基本要点:,(,1,),基圈:,天赤道;,(,2,),原点:,上点;,始圈:,午圈;,(,3,),纬度:,称,赤纬(,),,是天体相对于天赤道的南北方向和角距离。(,0,90,,自天赤道起,沿天体所在的赤经圈向南(北)度量,天赤道以北为正,以南为负),赤纬的余角叫极距,(,p,)。,15,(,4,),经度,,称,时角(,t,),,是天体所在的赤经圈相对于午圈的方向和角距离。,之所以向西度量,是因为天体周日运动方向向西,使天体的时角“与时俱增”,用以度量时间。,经度既称时角,赤经圈便改称时圈,并采用时间单位表示,每,15,折合,1,时。,如:,春分点的时角表示恒星时;,以太阳的时角推算太阳时。,(,0,h,24,h,,以上点为起点,沿天 赤道向西度量。),16,第二赤道坐标系:赤纬和赤经,用途:表示天体在天球上相对不变的位置,用于编制星表。,在地平坐标系中,天体的高度和方位,皆因时间和地点而变化;在第一赤道坐标系中,天体的赤纬不再变化,但是它的时角任随天球周日运动而“与时俱增”。二者都不能提供编制星表所需要,相对不变的位置,。,17,圆圈系统:,第二赤道坐标系统以天赤道与黄道的相互关系为基础。,天赤道:,定义(略)、两极(天北极和,天南极),二分圈:,通过二分点的时圈。,(以南北天极为界,分为春分圈和秋分,圈),二至圈:,与二分圈垂直、通过无名点的,时圈,称为二至圈(也必定通过黄道上,的二至点)。,(以南北天极为界,分为春分圈和秋分,圈),天赤道、二分圈和二至圈是相互垂直且等分的三个天球大圆,它们把天球分成,8,个相等的球面三角形。,18,基本要点:,(,1,),基圈:,天赤道;,(,2,),原点:,春分点;,始圈:,春分圈;,(,3,),纬度:,称,赤纬(,),,是天体相对于天赤道的南北方向和角距离。,(,0,90,,自天赤道起,沿天体所在的赤经圈向南(北)度量,天赤道以北为正,以南为负),赤纬的余角叫极距,(,p,)。,与第一赤道坐标系相同。,(,4,),经度:,称,赤经(,),,是天体所在时圈相对于春分圈的方向和角距离。(,0,h,24,h,,以春分点为起点,沿天赤道向东度量。),随着天球的向西运动,天体的中天时刻,要按其赤经的次序而定;且中天恒星的赤经,即为当时的恒星时。,19,黄道坐标系:黄纬和黄经,用途:表示日月行星在星空间的位置和运动。,20,圆圈系统:,黄道坐标系同黄道相联系。,黄道:,定义(略)、两极(黄北极和,黄南极),黄纬圈:,一切与黄道平行的圆。,黄经圈:,通过南北黄极,且垂直于黄道,的一切大圆。,21,无名圈:,通过二分点的黄经圈,暂称,无名圈。,二至圈:,通过二至点的黄经圈。,与第二赤道坐标系相同。,黄道、无名圈和二至圈是相互垂直且等分的三个天球大圆,它们把天球分成,8,个相等的球面三角形。,22,基本要点:,(,1,),基圈:,黄道;,(,2,),原点:,春分点;,始圈:,无名圈(通过春分点的黄经圈);,(,3,),纬度:,称,黄纬(,),,,是天体相对于黄道的方向和角距离。,(,0,90,,自黄道起,沿天体所在的黄经圈向南(北)度量,黄道以北为正,以南为负),(,4,),经度:,称,黄经(,),,,是天体所在的黄经圈相对于春分点所在的黄经圈的方向和角距离。(,0,360,,以春分点为起点,沿黄道向东度量。),太阳沿黄道周年运动,其黄纬始终为,0,;黄经向东度量,使太阳黄经“与日俱增”(每日约增加,1,),。,23,各种天球坐标的区别:,地平坐标系与第一赤道坐标系,24,这两种坐标系都属于,右旋坐标系,,它们的经度(地平坐标系,方位、第一赤道坐标系,时角)都是向西度量;,都以午圈为始圈;,但是,地平坐标系以,地平圈,为基,圈,以,南点,为原点;第一赤道坐标,系以,天赤道,为基圈,以,上点,为原点,因此,天体的高度便不等于赤纬,,方位也不同于时角(见图)。,25,它们之间的具体差异,与当地的纬度有关;纬度越高,二者越接近。在南北天极,天赤道与地平圈重合,天北极位于天顶。这时,高度就是赤纬,方位等于时角。,26,体现地平坐标系与第一赤道坐标系的联系,有如下关系式:,仰极高度,=,天顶赤纬,=,当地纬度,(,天球的南北两极,,一个在地平之上,叫做,仰极,;另一个在地平之下,叫做,俯极,。),对于北半球来说,仰极就是天北极,见图,图中得内圆表示地球,外圆是天球子午圈,显然,一地的纬度(,)与当地天顶的赤纬属同一个角,它等于当地仰极的高度,二者都是天顶极距的余角。,在我国历史上,仰极高度被称为北极高。人们正是根据这一原理来测定所在地的纬度。,27,仰极高度(北天极的地平高度),=,天顶赤纬,=,地理纬度值,28,在图中可以看出:子午圈被地平系统中的天顶(,Z,)、天底(,Z,)、南点(,S,)和北点(,N,)所四等分;又被赤道系统中得南、北天极(,P,和,P,)上点(,Q,)、下点(,Q,)所四等分。,上述,8,个点中,相邻两点的间距,不是等于纬度(,),便是等于余纬(,90,),29,第二赤道坐标系与黄道坐标系,30,这两种坐标系都属于,左旋坐标系,,它们的经度(第二赤道坐标系,赤经、黄道坐标系,黄经)都是向东度量;,有共同的原点,春分点;,但是,第二赤道坐标系以,天赤道,为基圈,以,春分圈,为始圈;黄道坐标系以,黄道,为基圈,以,无名圈,为始圈。,因此,天体的赤纬不等于黄纬,赤经不同于黄经。(见图)。,由于轨道面和赤道面受日月行星摄动的影响,黄赤夹角发生微小的变化。近期,黄极向天北极靠拢,黄赤交角每世纪减小,47,,,将延续,15000,年后转为增大,。,从,1984,年起,,,采用其约数为,23,26,。,31,P,P,K,K,天赤道,黄道,32,P,P,K,K,g,天赤道,黄道,33,34,第一赤道坐标系与第二赤道坐标系,35,基圈相同,(,天赤道,)因而有相关的纬度(赤纬),但始圈不同(第一赤道坐标系以,午圈,为始圈,其,经度(时角),自,上点向西度量,;第二赤道坐标系以,春分圈,为始圈,其,经度(赤经),自,春分点向东度量,),因而时角不同于赤经;,二者的具体差异于,当时的恒星时,有关;,36,如图所示,天体的赤经(,)与天体当时的时角(,t,)之和,就是两坐标原点的距离(,Q,),即等于,春分点时角(,t,),或,上点赤经(,Q,),。,春分点时角(,t,)被用于表示恒星时(,S,),即:,S=,t,对于任一恒星来说,,在任何时刻,它的,时角(,t,),与,春分点时角(,t,),之间,总存在一个差值;这个时角差,就是二者的,赤经差,。又因为春分点是赤经度量的起点,所以,这个赤经差就是,该恒星赤经(,)本身,。于是又有:,S=,t,而当,恒星中天时,,,t,=0,,便有:,S=,(,中天,),这就是说,,任何时候的恒星时,等于当时中天恒星的赤经(也即上点赤经)。,37,春分点(,)在天球上没有标志,因而它的时角是无法实测的;而恒星中天则是,“,轻而易举,”,的。这为恒星时的测定提供极大的方便!,38,类别,地平坐标系,第一赤道坐标系,第二赤道坐标系,黄道坐标系,基圈,地平圈,(有东西南北点),天赤道,(有上点、下点),天赤道,(有春分、秋分点),黄道,(有二分二至点),两极,天顶、天底,天北极、天南极,天北极、天南极,黄北极、黄南极,轴,当地垂线,天轴,天轴,黄轴,辅圈,平经圈,(子午、卯酉圈),时圈,(子午、六时圈),时圈,(二分、二至圈),黄经圈,(无名、二至圈),始圈,午圈,午圈,春分圈,无名圈,原点,南点,上点,春分点,春分点,纬度,高度,赤纬,赤纬,黄纬,经度,方位,(向西度量),时角,(向西度量),赤经,(向东度量),黄经,(向东度量),各天球坐标系比较,39,
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