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地理坐标与天球坐标.ppt

上传人:精品资料 文档编号:10283700 上传时间:2019-10-28 格式:PPT 页数:87 大小:2.48MB
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资源描述

1、第一节 天球和天穹,一、天球,、天球以地心为球心、半径任意的假想球体,作为 表示天体视运动的辅助工具(基于两个原因:一是距离太过遥远,无法区分远近,似乎都是等距的;二是日月星晨似乎不变,象嵌在天幕上。), 是整球和圆球, 分地心天球和日心天球 (通常指地心天球), 周日圈天体周日运动行经的路线(周日圈有大小之分,愈近天极周日圈愈小,反之愈大),、天球的视运动, 天球的周日视运动天球从东向西的运动, 黄 道太阳周年运动所经过的路线叫黄道, 太阳的周年运动太阳自西向东巡天一周所做的运动,二、天穹:是指地平之上的半个天空,第二节 球面坐标系的一般知识,、球面三角形的余弦公式,O,A,B,C,M,N,

2、a,b,c,在平面三角形OMN中,应用 平面三角形的余弦定理,有:,在平面三角形AMN中,有:,cosa = cosb cosc + sinb sinc cosA,而:,同理:,cosb = cosc cosa + sinc sina cosB,cosc = cosa cosb + sina sinb cosC,O,A,B,C,M,N,a,b,c,b,c,a,2、球面三角形的正弦公式,A,B,C,a,b,c,F,E,D,a,c,b,=,=,=,=,同理可得:,由作图可知:CED= A, CFD= B, 作为球面坐标系的共同点:,)、 都有一个基本的基圈(大圆)与极,)、 都有一个原点和始圈(原

3、点由辅圈来确定),)、 点的纵坐标用纬度表示,是球面上任一点相对于基圈的方向和角距离(线面角,又称第一坐标),)、 点的横坐标用经度表示,是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(两面角,又称第二坐标), 球面坐标系的一般模式球面三角形,3、球面坐标系的一般模式,一、经线和纬线,第三节 地理坐标,、都是地面上的圆,大圆圆面通过球心,小圆圆面不通过球心,、纬线 一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的圆,纬线相互平行(Parallel),3、经线一切通过地轴的平面同地面相割 而成的圆,经线通常指半圆,都在两极相交,大小相同,赤道(Equator)是唯一大圆,本初子午线(Prime m

4、eridian),通过英国格林尼治天文台的经线(1884年确定),经线与纬线的差异:前者通过地轴,后者垂直于地轴,)、地球上的方向地平方向,理论上,亦东亦西,实际上是非东即西(两点之间的方向,通过两点间的劣弧来确定),在地面上向东是指地球的自转方向,是逆时针方向(在北半球上空府视)。与此相反则为向西。,纬线确定东西方向(无限方向),4、地球上的方向和距离,经线确定南北方向(有限方向),公里(km):地球全周1的弧长(地球全周长为400),)、地面上的距离,两点间的最短距离,是通过它们的大圆劣弧来确定。其过程是先确定角距离,再换算成线距离。,海里(n mile):经线的弧长(160=60海里)

5、经线全长为60180=10800海里(地球全周长为360),华里:指经线1之长的1/200,即地球周长的1/80000 (地球全周长为400),二、经度和纬度,、经度一地所在的子午面相对于本初子午面的东西方向和角距离, 两面角 (起始面,本初子午面;终止面,本地子午面),、纬度一地相对于赤道平面的南北方向和角距离(地理纬度), 通常在赤道上度量,东西各180, 线面角 (本地垂线,赤道平面), 在本地经线上度量,南北纬各90,为地心纬度,为地理纬度,赤道面,北极,南极,AA为法线,Q,为地心纬度,为地理纬度,AO为赤道半径, ,Q,附:地心纬度与地理纬度,地心纬度 :地球半径与赤道面的交角,地

6、理纬度 :地面法线与赤道面的交角,二者的比较:,三、地理坐标,、 一地的纬度,表示该地相对于赤道的南北位置;一地的经度,表示该地的子午面相对于本初子午面的东西位置。二者相结合,标志一个地点在地面上的特定位置,被叫做这个地点的地理坐标。,、地理坐标的书写规则:纬度在前,经度在后;数字在先,符号在后。,、地理坐标的应用:海上航行;空中飞行等。,附:数字地球,一、 天球坐标系的分类:,右旋坐标系(地平坐标系和第一坐标系),左旋坐标系(第二坐标系和黄道坐标系),第四节 天球坐标,1)、方向地球上方向的延伸,)、距离只有角距离,没有线距离 (即弧长),东西方向:俯视,逆钟向为东,二、天球上的方向和距离,

7、 上述三个大圆中,天赤道和黄道是唯一的,地平圈则因地而异,三、天球上的圈和点, 天球的主要大圆:,图示,地平圈:通过地心且垂直于当地铅垂线的平面的无限扩大,同天球相割而成的天球大圆(分天球为可见和不可见两部分),天赤道:地球赤道平面无限扩大同天球相割而成的天球大圆(分天球为南北两半球),黄 道:地球公转轨道平面的无限扩大同天球相割而成的天球大圆(太阳周年运动的视行路线), 天面上任意两个大圆相交,必互相平分,它们有二个交点,彼此 各有一对远距点。交点与远距点的间隔为90, 交点:,地平圈对天赤道南点(S)、北点(N),黄 道天赤道春分点()、秋分点(), 远距点:,地平圈天赤道东点(E)、西点

8、(W),天赤道对地平圈上点(Q)、下点(Q ),天赤道对黄 道 无名点,见图示,见图示,skip,见图示,见图示, 极点:,黄 道黄北极(K)、黄南极(K),地平圈天顶(Z)、天底(Z),天赤道天北极(P)、天南极(P),见图示,1、地平坐标系:,() 用途:表示天体在天空中的方位和高度及其周日变化,() 圆圈系统,地平圈:过球心且垂直于当地法线的大圆(天顶、天底、地平经圈和地平纬圈),子午圈:过Z、Z、S、N四点的大圆 (南半圈和北半圈),卯酉圈:过Z、Z、E、W四点的大圆 (卯圈和酉圈),* 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,四

9、、天球坐标体系,()、基本要点:,基圈:地平圈,原点:南点(S);始圈:午圈,纬度:高度(h);090(余角为天顶距),经度:方位(A);0360,向西度量, S、W、N和E的方位, 任意天体的高度和方位在同一时刻会随地点而发生变化,比如,对同一时刻的太阳,成都、北京、天津其高度和方位会不同, 另外,地平坐标系的原点和始圈,可以有不同的选择,一般而言,天文学通常以南点为原点,而大地测量学中,则刚好相反(以北点为原点),2、第一赤道坐标系,)、用途:用于时间度量,)、圆圈系统,天赤道:地球赤道面的无限延伸(两极与地极相对应),子午圈:通过天P、P、Q 、Q的赤经圈(以南北天极划分子圈和午圈),六

10、时圈:通过P、P、 E、W的赤经圈(以南、北天极划分为东六时圈和六时圈), 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,)、基本要点:,基圈:天赤道,原点:上点(Q);始圈:午圈,纬度:赤纬(); 090 天体极距(P),经度:时角(t); 0h24h (与时俱增), 春分点的时角等于恒星时, 赤道上四点的赤纬和时角(赤纬都为零,时角是:Q为 0h ; W 为6h ;Q为 12h ; E为18h ),3、第二赤道坐标系,(1)、用途:表示天体在天球上相对不变的位置,用于星表的编制,(2)、圆圈系统:,天赤道:,二分圈:过春秋二分点的时圈(以南北天

11、极分春分圈和秋分圈),二至圈:与二分圈垂直、通过无名点(也必通过黄道上的二至点)的时圈以南北天极分夏至圈和冬至圈),(3)、基本要点:,基圈:天赤道,原点:春分点();始圈:春分圈,纬度:赤纬(); 090, 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, 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 (春分点的周日视运动在天球上的位置变化所给出的时间), 从某种意义上说,第二赤道坐标系是地理坐标系的摹制品,都用于定位,经度:赤经(); 0h24h (向东度量),4、黄道坐标系,(1)用途:表示日月行星在星空间的位置和

12、运动,(2)圆圈系统:,(3)基本要点:,基圈:黄道,原点:春分点( );始圈:无名圈,纬度:黄纬( ); 090,经度:黄经( )0360 (沿黄道向东度量),黄 道:地球公转轨道在天球上的投影( K、K、 、 和 ),无名圈:过K、K 、 四点的黄经圈,五、各坐标系的差异和联系,()、地平坐标系与第一赤道坐标系,相同点:,b、经度(方位与时角)都是向西度量,c、都以午圈为始圈,a、都是右旋坐标系,不同点:基圈和原点不同,()、第二赤道坐标系与黄道坐标系,具体的差异与当地纬度有关:,仰极高度天顶赤纬当地纬度,相同点:,b、经度(赤经和黄经)都是向东度量,c、有共同的原点(春分点),a、都是左

13、旋坐标系,不同点:,a、第二赤道坐标系以天赤道为基圈,春分圈为始圈,b、黄道坐标系以黄道为基圈,无名圈为始圈,具体差异与黄赤交角有关,()、第一赤道坐标系与第二赤道坐标系,相同点:,基圈都是天赤道,因而纬度相同,不同点:,第一赤道坐标系以午圈为始圈,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,经度(赤经)自春分点向东度量,类别,第一赤道坐标系,第二赤道坐标系,黄道坐标系,地理坐标系,基圈,地平坐标系,地平圈(东西南北点),天赤道(上、下点),天赤道(春、秋点),黄道(二分、二至点),赤道,两极,天顶、天底,天北极、天南极,天北极、天南极,黄北极、黄南极,北极、南极,轴,当地垂线,

14、天轴,天轴,黄轴,地轴,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),经圈,始圈,午圈,午圈,春分圈,无名圈,本初子午线,原点,南点,上点,春分点,春分点,纬度,高度,赤纬,赤纬,黄纬,地理纬度,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),地理经度(向东向西度量),各种天球坐标系列比较:,1 、下列各点,在天球周日运动中,赤经和赤纬保持不变的是:,A、北点, B、东点, C 、春分点, D 、上点, 、下列各点,在天球周日运动中,时角和赤纬保持不变的是:,A、北点, B、东点, C 、春分点, D 、上点,、

15、下列各对点,同北天极、南天极、北黄极和南黄极的角距离均为90的是:,A、天顶的赤纬, B、上点的高度;C 、仰极的高度, D 、天顶的极距,、 在天球上,北点的极距等于:,A、东、西点;B、上点、下点;C 、二分点, D 、二至点,练习题:,、在地球上何处所见天体,其高度在周日运动中没有变化,而其方位的变化 是匀速的?,、某地(5227)观测一慧星中天的恒星时为15h15m10s,天顶距(在天顶以北)为352 。试求慧星的赤经和赤纬。,7、当太阳在子午圈上时,在海船上用六分仪测得其下边缘的高度在天顶以南8321,太阳中心的赤纬是+1839。已知太阳的角直径等于32,试求海船所在的纬度。,、在某

16、地(5227),当一恒星( 15)上中天时,其高度角为多少?,continu,地 平 圈,back,N,S,back,Q,天北极(P),天赤道,天南极(P),赤经,赤纬,时角,S为春分点的时角,,则有:,S当恒星中天时,,天顶(Z),天底(Z),N,S,back,子午圈,w,E,天赤道,A,地平圈,P,P,六时圈,Q,Q,天北极(P),Q,back,午 圈,天南极(P),A,O,时角,赤纬,赤经圈,天体极距,天赤道,天顶(Z),天底(Z),S,back,午 圈,A,地 平 圈,M,O,方位,高 度,B,平 经 圈,天顶距,天北极(P),back,二至圈,二分圈,天赤道,黄 道,天南极(P),无

17、名点,无名点,天北极(P),back,天赤道,天南极(P),赤经,春 分 圈,赤纬,B,O,黄北极(K),back,无名圈,二 至 圈,天赤道,黄 道,黄南极(K),天顶(Z),天底(Z),N,S,back,子 午 圈,卯 酉 圈,w,E,天 赤 道,A,地 平 圈,天北极(P),Q,back,午 圈,天 赤 道,天南极(P),O,时角,午 圈,天赤道,天南极(P),Q,经 线,经 线,Q,Q,天北极(P),午 圈,午 圈,back,极点,back,原点,介点,始圈,终圈,O,纬度,经度,基圈,黄北极(K),back,黄 道,黄南极(K),黄经,黄纬,o,无 名 圈,B,天北极(P),Q,午

18、圈,天赤道,A,天南极(P),A,O,时角,赤纬,平经圈,天顶(Z),天底(Z),S,午圈,A,地平圈,M,O,方位,高 度,B,平经圈,地平坐标系,时角坐标系,天顶(Z),天底(Z),N,S,子午圈,w,E,天赤道,A,地平圈,P,P,Q,时角,赤纬,方位,高度,介点,介点,back,天顶(Z),天底(Z),N,S,子午圈,w,E,天赤道,A,地平圈,P,P,Q,时角,赤纬,方位,高度,back,P,天底(Z),Q,Q,天赤道,P,赤纬,赤经,k,黄经,黄纬,黄 道,back,天顶(Z),天底(Z),N,S,back,A,地平圈,地平经圈,子午圈,E,W,地平纬圈,卯酉圈,31.5,P,31

19、.5,E,W,Q,Q,P,地平圈,P,天顶(Z),Q,N,S,北极,天赤道,地球,A,o,天北极,3,6,地平圈,天顶(Z),N,S,地球,A,o,+1839,16,?,? =90(8321+ 16) + 1839,7,5227,15,h=905227+ 15,h,8,天北极(P),天南极(p),天顶(Z),天底(Z),A,黄北极(K),黄南极(K ),图2-3,黄赤交角(2326 ),P,31.5,Z,Z,P,Q,Q,S,N,W,E,31.5,skip,Sun,E,Sun,E,Sun,E,东,西,Sun,E,东,西,Sun,E,东,西,Sun,E,东,西,Sun,E,东,西,Sun,E,东,

20、西,右旋座标系的圆圈系统,地平圈,天赤道,两远点,两极点,两交点,两极点,两远点,(南、北点),(天顶、天底),(东、西点),(南、北天极),(上、下点),子午圈,六时圈,卯酉圈,子午圈,(子圈、午圈),(卯圈、酉圈),(东六圈、西六圈),(子圈、午圈),三圈六点,(地平系统),三圈六点,(赤道系统),五圈十点,BACK,左旋座标系的圆圈系统,黄道,天赤道,两远点,两极点,两交点,两极点,两远点,(无名点),(南、北天极),(春、秋分点),(南、北黄极),(冬、夏至点),二至圈,无名圈,二分圈,二至圈,(冬至、夏至圈),(春分、秋分圈),( ),(冬至、夏至圈),三圈六点,(赤道系统),三圈六

21、点,(黄道系统),五圈十点,BACK,BACK,图1-8 太阳周年运动 方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。,East China Normal University,1,back,天顶(Z),天底(Z),A,可见半球,不可见半球,天赤道,地平圈,黄道,N,S,BACK,天顶(Z),天底(Z),地平圈,天北极(),天南极(),天赤道,黄道,天赤道,经度和纬度 纬度是线面角,即本地法线与赤道平面的交角;经度是两面角,即本地子午面与本初子午面的交角。,BACK,经线和纬线 纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴,天球上的圆和点,天球大圆的交点和远距点 左:地平圈与天赤道的交点(东

22、、西)和远距点(南、北、上、下);右:黄道与天赤道的交点(二分)和远距点(二至点和无名点),BACK,地球自转方向向东。在北半球看,呈逆时针方向;在南半球,呈顺时针方向,BACK,十二支表示地平方向。其中 子午表示南北,卯酉表示东西。,经线和纬线 纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴,BACK,经度和纬度 纬度是线面角,即本地法线与赤道平面的交角;经度是两面角,即本地子午面与本初子午面的交角。,BACK,天球上的圆和点,图1-11 天球大圆的交点和远距点 左:地平圈与天赤道的交点(东、西)和远距点(南、北、上、下);右:黄道与天赤道的交点(二分)和远距点(二至点和无名点),仰极高度天顶赤纬当

23、地纬度 地平坐标系和第一赤道坐标系; 始圈相同(午圈)但基圈不同,因而高度不同于赤纬,方位不同于时角; 二者的具体差异与当地的纬度有关; 仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。,北极,南极,back,地 轴,A,O,back,本地子午线,赤 道,北极,南极,北极,南极,back,赤 道,N,A,S,O,O,A,注意:本初子午线NOS经度为零,即过格林尼治天文台。,back,赤 道,天顶,back,天赤道,黄 道,天顶,天北极(P),天南极(p),天顶(Z),天底(Z),A,黄北极(K),黄南极(K ),图2-3,back,黄赤交角(2326 ),天北极(P),天南极(p),天顶(Z),天底(Z),上点(Z),下点(Z),北点(N),南点(S),东点(E),西点(W),地平圈,天赤道,A,图2-4,back,天北极(P),天南极(p),黄北极(K),黄南极(K ),夏至点( ),冬至点( ),春分点(),秋分点(),天赤道,黄道,图2-5,back,天北极(P),天南极(p),天顶(Z),天底(Z),上点(Q),下点(Q),北点(N),南点(S),东点(E),西点(W),地平圈,天赤道,A,back,天北极(P),天南极(p),黄北极(K),黄南极(K ),夏至点( ),冬至点( ),春分点(),秋分点(),天赤道,黄道,图2-7,back,无名点,无名点,

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