第二讲-天球坐标幻灯片.ppt

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,