第一章地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)(2012級用)

1、廉廉 麗麗 姝姝1、課程、課程性質(zhì)性質(zhì)：地球概論地球概論是高等師范院校地理科學(xué)類專是高等師范院校地理科學(xué)類專業(yè)的一門業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程學(xué)科基礎(chǔ)課程2、主要、主要內(nèi)容內(nèi)容：關(guān)于行星地球的基礎(chǔ)知識，包括兩部分：關(guān)于行星地球的基礎(chǔ)知識，包括兩部分：地地球天文學(xué)球天文學(xué)和和地球物理學(xué)地球物理學(xué)。l前者前者主要是講解地球宇宙環(huán)境、地球運(yùn)動(dòng)及其地理意義，及地球主要是講解地球宇宙環(huán)境、地球運(yùn)動(dòng)及其地理意義，及地球和月球的關(guān)系，而以地球、太陽、月球的相互關(guān)系為主；和月球的關(guān)系，而以地球、太陽、月球的相互關(guān)系為主；l后者后者主要講解地球形狀、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。在學(xué)習(xí)這些知識之前，主要講解地球形狀、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)

2、。在學(xué)習(xí)這些知識之前，需先學(xué)習(xí)地理坐標(biāo)和天球坐標(biāo)。需先學(xué)習(xí)地理坐標(biāo)和天球坐標(biāo)。3、學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)天文學(xué)天文學(xué)3課程內(nèi)容課程內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)l了解地球的宇宙環(huán)境；了解地球的宇宙環(huán)境；l掌握地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，理解地掌握地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，理解地球運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的地理意義、及其對地理環(huán)境產(chǎn)生球運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的地理意義、及其對地理環(huán)境產(chǎn)生的重要影響；的重要影響；l通過學(xué)習(xí)樹立辯證唯物主義的自然觀；通過學(xué)習(xí)樹立辯證唯物主義的自然觀；l為學(xué)習(xí)其它自然地理課程奠定基礎(chǔ)。為學(xué)習(xí)其它自然地理課程奠定基礎(chǔ)。（1 1）天文學(xué)的研究對象和方法）天文學(xué)的研究對象和方法 是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)

3、科是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科 研究研究對象對象是是天體天體（構(gòu)造、性質(zhì)、運(yùn)行規(guī)律）（構(gòu)造、性質(zhì)、運(yùn)行規(guī)律） 以對天體的以對天體的觀測觀測作為基本的研究作為基本的研究方法方法 天文學(xué)研究的天文學(xué)研究的重大課題重大課題之一是各類之一是各類天體的起天體的起源和演化源和演化地球概論與天文學(xué)地球概論與天文學(xué)（2）天文學(xué)的主要分支）天文學(xué)的主要分支 天文學(xué)中習(xí)慣于按照天文學(xué)中習(xí)慣于按照觀測手段觀測手段和和研究方法研究方法來分類來分類l按照觀測手段按照觀測手段 光學(xué)天文學(xué)光學(xué)天文學(xué) 、射電天文學(xué)、紅外線天文學(xué)、射電天文學(xué)、紅外線天文學(xué)、X射線天文學(xué)射線天文學(xué) 、伽馬射線天文學(xué)、空間天文學(xué)、伽馬射線天文學(xué)、空

4、間天文學(xué) l按照研究方法按照研究方法 天體測量學(xué)天體測量學(xué) 、天體力學(xué)、天體物理學(xué)、天體力學(xué)、天體物理學(xué)l天體測量學(xué)天體測量學(xué) 天文學(xué)中最先發(fā)展起來的一個(gè)分支。主要任務(wù)是研天文學(xué)中最先發(fā)展起來的一個(gè)分支。主要任務(wù)是研究和測定究和測定天體的位置和運(yùn)動(dòng)，并建立基本參考坐標(biāo)天體的位置和運(yùn)動(dòng)，并建立基本參考坐標(biāo)系系和和確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)。l天體力學(xué)天體力學(xué) 研究天體研究天體運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和天體和天體形狀形狀的科學(xué)。的科學(xué)。l天體物理學(xué)天體物理學(xué) 運(yùn)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體運(yùn)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體形態(tài)形態(tài)、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律物理狀態(tài)和演化規(guī)律

5、的科學(xué)。的科學(xué)。1.1 1.1 地理坐標(biāo)地理坐標(biāo) 一、地球上的經(jīng)線和緯線一、地球上的經(jīng)線和緯線 二二、地球上的方向和距離、地球上的方向和距離 三三、地球上的經(jīng)度和緯度、地球上的經(jīng)度和緯度 四四、地理坐標(biāo)、地理坐標(biāo)1.2 1.2 天球坐標(biāo)天球坐標(biāo) 一、天球一、天球 二、天球上的基本點(diǎn)和圓二、天球上的基本點(diǎn)和圓 三、天球上的方向和距離三、天球上的方向和距離 四、天球坐標(biāo)四、天球坐標(biāo)1.2一、地球上的經(jīng)線和緯線一、地球上的經(jīng)線和緯線l地球的形狀地球的形狀l地軸、地球的兩極地軸、地球的兩極l經(jīng)線和緯線都是地球上的圓經(jīng)線和緯線都是地球上的圓v大圓：同一球面上最大的圓，其圓心即為球心；大圓：同一球面上最大

6、的圓，其圓心即為球心；v小圓：大圓以外的圓。小圓：大圓以外的圓。1 1、地球上的、地球上的緯線緯線2 2、地球上的經(jīng)線、地球上的經(jīng)線地球的形狀地球的形狀人類對地球形狀的認(rèn)識過程人類對地球形狀的認(rèn)識過程l古代，古代，“天圓地方天圓地方”l圓球形圓球形l古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯l古希臘科學(xué)之父亞里士多德古希臘科學(xué)之父亞里士多德（圖）（圖）l1616世紀(jì)初，環(huán)球航行世紀(jì)初，環(huán)球航行( (哥倫布哥倫布,1492,1492；麥哲倫麥哲倫，1519-15221519-1522）l扁球體扁球體l1818世紀(jì)初，法國天文學(xué)家世紀(jì)初，法國天文學(xué)家里奇里奇l不規(guī)則的橢球體不規(guī)則的橢球體不規(guī)則不

7、規(guī)則天論天論中指出：大地實(shí)中指出：大地實(shí)際上應(yīng)該是球體，一部分際上應(yīng)該是球體，一部分是陸地，一部分是海洋，是陸地，一部分是海洋，外面則包圍著空氣。外面則包圍著空氣。赤道直徑赤道直徑12756.32km兩極直徑兩極直徑12713.51km圓圓橢圓橢圓 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面是一個(gè)不考慮海陸差異、不受是一個(gè)不考慮海陸差異、不受波浪、潮汐、水流和大氣擾動(dòng)等影響的靜波浪、潮汐、水流和大氣擾動(dòng)等影響的靜止平均海平面，并且是延伸到大地內(nèi)部、止平均海平面，并且是延伸到大地內(nèi)部、連續(xù)封閉的和微有起伏的復(fù)雜曲面，其總連續(xù)封閉的和微有起伏的復(fù)雜曲面，其總的形狀非常接近三軸橢球體。的形狀非常接近三軸橢球體。赤道半徑：

8、赤道半徑：6378.140km極極 半半 徑：徑：6356.755km扁扁 率：率：1/298.257平均半徑：平均半徑：6371km一、地球上的經(jīng)線和緯線一、地球上的經(jīng)線和緯線1 1、地球上的緯線、地球上的緯線(parallel)(parallel) 垂直于地軸的平面同地球相割而成的圓垂直于地軸的平面同地球相割而成的圓 （圖圖）v緯線相互平行緯線相互平行; ;v大小不等大小不等; ;v赤道赤道(equator)(equator)：緯線中唯一的大圓，將地球分為：緯線中唯一的大圓，將地球分為南北半球。南北半球。經(jīng)線經(jīng)線2 2、地球上的經(jīng)線、地球上的經(jīng)線 ( meridian )通過地軸的平面同地

9、球相割而成的圓；通過地軸的平面同地球相割而成的圓； 圖圖v 經(jīng)線都在兩極相交；經(jīng)線都在兩極相交；v 都是大圓（通常指它的半圓），大小相同；都是大圓（通常指它的半圓），大小相同；v 本初子午線：通過英國本初子午線：通過英國Greenwich(Greenwich(格林尼格林尼治治) )天文臺的天文臺的0 0經(jīng)線（經(jīng)線（18841884年年確定確定）。）。圖圖 經(jīng)線和緯線經(jīng)線和緯線緯線平面垂直于地軸，經(jīng)線平面都通過地軸緯線平面垂直于地軸，經(jīng)線平面都通過地軸英國Greenwich天文臺,現(xiàn)為天文博物館天文臺內(nèi)展出早期的天文望遠(yuǎn)鏡、星象圖和天文鐘等通過Greenwich 天文臺的本初子午線(0經(jīng)線)。二

10、、二、 地球上的方向和距離地球上的方向和距離1 1、地球上的方向、地球上的方向v 通常指地平面上的方向通常指地平面上的方向v 與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)，根據(jù)地球上的經(jīng)線和緯線確定與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)，根據(jù)地球上的經(jīng)線和緯線確定（1 1）南北方向（經(jīng)線方向），有限方向；）南北方向（經(jīng)線方向），有限方向；（2 2）東西方向（緯線方向），無限方向；）東西方向（緯線方向），無限方向；v 理論上理論上“亦東亦西亦東亦西”；實(shí)際上；實(shí)際上“非東即西非東即西”圖 地球自轉(zhuǎn)方向向東在北半球看，呈逆時(shí)針方向；在南半球看，呈順時(shí)針方向二、二、 地球上的方向和距離地球上的方向和距離2、地球上的距離、地球上的距離（1 1）地球上的距

11、離首先是地球上的距離首先是角距離角距離；（2 2）角距離與）角距離與線距離線距離的換算的換算: : 海里（經(jīng)度海里（經(jīng)度1 1分的弧長）分的弧長） 千米與角距離千米與角距離l應(yīng)用球心角來計(jì)算地表距離，需要一個(gè)前提條件，應(yīng)用球心角來計(jì)算地表距離，需要一個(gè)前提條件，即假設(shè)地球?yàn)檎蝮w。即假設(shè)地球?yàn)檎蝮w。l可把任意兩地點(diǎn)，都看作是地球上同一個(gè)大圓上可把任意兩地點(diǎn)，都看作是地球上同一個(gè)大圓上的兩個(gè)點(diǎn)，它們間的連線距離也就是該兩點(diǎn)間大的兩個(gè)點(diǎn)，它們間的連線距離也就是該兩點(diǎn)間大圓弧段的長。圓弧段的長。l地球大圓一度弧長為地球大圓一度弧長為111.1111.1千米。知道了與弧段相千米。知道了與弧段相對應(yīng)的

12、角距離，計(jì)算弧段的長就很容易了。對應(yīng)的角距離，計(jì)算弧段的長就很容易了。 不同經(jīng)度兩點(diǎn)間的距離)cos(coscossinsincosDCDCDC球面三角形的球面三角形的基本知識基本知識球面三角形的余弦公式球面三角形的余弦公式Cbabaccossinsincoscoscosl球面上的三個(gè)點(diǎn)，每兩點(diǎn)之間用大圓劣弧相連接，三弧球面上的三個(gè)點(diǎn)，每兩點(diǎn)之間用大圓劣弧相連接，三弧所圍成的球面部分稱為所圍成的球面部分稱為球面三角形球面三角形。l球面三角形球面三角形余弦定律余弦定律：在球面三角形中，任意一邊所對：在球面三角形中，任意一邊所對應(yīng)球心角的余弦等于其他兩邊各自對應(yīng)球心角的余弦乘應(yīng)球心角的余弦等于其他

13、兩邊各自對應(yīng)球心角的余弦乘積加上這兩邊各自對應(yīng)球心角的正弦及任意的那條邊在積加上這兩邊各自對應(yīng)球心角的正弦及任意的那條邊在球面三角形中對應(yīng)角的余弦三項(xiàng)乘積。球面三角形中對應(yīng)角的余弦三項(xiàng)乘積。 cosa=cosbcosc+sinbsinccosA l球面三角形球面三角形正弦定律正弦定律：在球面三角形中，任意一邊所對：在球面三角形中，任意一邊所對應(yīng)球心角的正弦與該邊所在球面三角形中的對應(yīng)角的正應(yīng)球心角的正弦與該邊所在球面三角形中的對應(yīng)角的正弦的比值相等。弦的比值相等。 sina/sinA=sinb/sinB=sinc/sinC 三、 經(jīng)度和緯度q 是經(jīng)線和緯線的“編號”，本身代表一種角度1、緯度：

14、一地相對于赤道平面的南北方向和角度v 緯度是一種線面角，即本地法線與赤道平面的交角；v 緯度在本地經(jīng)線上度量，南北緯各分90度。2、經(jīng)度：本地子午面的東西方向和角距離v 經(jīng)度是兩面角，本初子午面為起始面；本地子午面為終面；v 經(jīng)度通常在赤道上度量，東西經(jīng)各分180度。圖 經(jīng)度和緯度 緯度是線面角，即本地法線與赤道平面的交角； 經(jīng)度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。緯度緯度經(jīng)度經(jīng)度3、經(jīng)度與緯度的關(guān)系（1）經(jīng)線都是大圓，不同經(jīng)度處，相同緯度間隔大體相等；v 1約折合約折合111km（2）緯線是大小不等的圓 v 經(jīng)度的間隔，隨緯度增高而減小；經(jīng)度的間隔，隨緯度增高而減?。籿 與緯度的余弦成

15、反比。與緯度的余弦成反比。v 經(jīng)度和緯度用來區(qū)分不同的經(jīng)線和緯線；經(jīng)度和緯度用來區(qū)分不同的經(jīng)線和緯線；v 經(jīng)線即等經(jīng)度線，緯線即等緯度線。經(jīng)線即等經(jīng)度線，緯線即等緯度線。四、四、 地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)l一一地的經(jīng)度和緯度相結(jié)合，叫做該地的地理坐標(biāo)地的經(jīng)度和緯度相結(jié)合，叫做該地的地理坐標(biāo)l同地理坐標(biāo)相聯(lián)系的有三個(gè)大圓同地理坐標(biāo)相聯(lián)系的有三個(gè)大圓l赤道（橫軸）；赤道（橫軸）；l本初子午線（縱軸）；本初子午線（縱軸）；l本地子午線。本地子午線。l書寫按慣例書寫按慣例l先緯度，后經(jīng)度；先緯度，后經(jīng)度；l數(shù)字在先，符號在后。數(shù)字在先，符號在后。l 例：北京的地理坐標(biāo)：例：北京的地理坐標(biāo)：40N, 116E1

16、.2 天球坐標(biāo)一、一、 天球天球四四、天球坐標(biāo)、天球坐標(biāo)1.2 天球坐標(biāo)天球坐標(biāo)一、一、 天球天球1、概念、概念q 天球天球：以觀測者為球心，任意長為半徑的假想球以觀測者為球心，任意長為半徑的假想球體。在天文學(xué)上用作表示天體視位置和視運(yùn)動(dòng)的體。在天文學(xué)上用作表示天體視位置和視運(yùn)動(dòng)的輔助工具。輔助工具。v 天球的中心是天球的中心是觀測者；觀測者；v 天球的半徑是天球的半徑是任意的；任意的；v 天球是一個(gè)天球是一個(gè)假想的球體。假想的球體。q 天穹：天穹：地平以上的半個(gè)天球地平以上的半個(gè)天球 天球示意圖 天球的半徑是任意的,所有天體,不論多遠(yuǎn)都可以在天球上有它們的投影。2、天球的視運(yùn)動(dòng)、天球的視運(yùn)動(dòng)

17、圖圖黃道黃道l北天極和南天極北天極和南天極l天赤道天赤道l天頂和天底天頂和天底l地平圈地平圈l天子午圈天子午圈l上點(diǎn)、下點(diǎn)上點(diǎn)、下點(diǎn)l四方點(diǎn)（四正點(diǎn)）四方點(diǎn)（四正點(diǎn)） 球面上圓的極、極距（球面上大圓的極距）、交點(diǎn)和大距點(diǎn)球面上圓的極、極距（球面上大圓的極距）、交點(diǎn)和大距點(diǎn)二、天球上的基本點(diǎn)和基本圈二、天球上的基本點(diǎn)和基本圈l黃道黃道；l黃極、黃極、 黃赤交角；黃赤交角；l二分點(diǎn)、二分點(diǎn)、 二至點(diǎn)。二至點(diǎn)。v三個(gè)基本大圓三個(gè)基本大圓 地平圈、天赤道、黃道地平圈、天赤道、黃道v大圓的極點(diǎn)大圓的極點(diǎn) 地平圈的兩極：地平圈的兩極：天頂、天底天頂、天底 天赤道的兩極：天赤道的兩極：天北極、天南極天北極、

18、天南極 黃道的兩極：黃道的兩極：黃北極、黃南極黃北極、黃南極v大圓的交點(diǎn)大圓的交點(diǎn) 天赤道交地平圈：天赤道交地平圈：東點(diǎn)、西點(diǎn)東點(diǎn)、西點(diǎn) 黃道交天赤道：黃道交天赤道：春分點(diǎn)、秋分點(diǎn)春分點(diǎn)、秋分點(diǎn)v 大圓的大距點(diǎn)大圓的大距點(diǎn) 地平圈對于天赤道：地平圈對于天赤道： 南點(diǎn)和北點(diǎn)；南點(diǎn)和北點(diǎn)； 天赤道對于地平圈：天赤道對于地平圈： 上點(diǎn)和下點(diǎn)；上點(diǎn)和下點(diǎn)； 黃道對于天赤道：黃道對于天赤道： 夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)；夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)； 天赤道對于黃道：天赤道對于黃道： 無名點(diǎn)。無名點(diǎn)。三、三、 天球上的方向和距離天球上的方向和距離v方向：方向：地球上方向的延伸；地球上方向的延伸；v南北方向：南北方向：向北向北向北

19、天極、向南向北天極、向南向南天極；向南天極；v東西方向：東西方向：天球外俯視，向東為逆時(shí)針方向；地天球外俯視，向東為逆時(shí)針方向；地球北極仰視，向東為順時(shí)針方向。球北極仰視，向東為順時(shí)針方向。v距離：距離：天球上只有角距離。天體間的距離。天球上只有角距離。天體間的距離。四、天球坐標(biāo)1、天球坐標(biāo)系的一般模式v 以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；v 縱坐標(biāo)即緯度；縱坐標(biāo)即緯度；v 橫坐標(biāo)即經(jīng)度。橫坐標(biāo)即經(jīng)度。球面坐標(biāo)的一般模式球面坐標(biāo)的一般模式基圈、始圈和終圈構(gòu)成球面三角形基圈、始圈和終圈構(gòu)成球面三角形2、常見的幾種天球坐標(biāo)、常見的幾種天球坐標(biāo)3、各種天球坐標(biāo)的

20、區(qū)別與聯(lián)系、各種天球坐標(biāo)的區(qū)別與聯(lián)系v用途：用途：表示天體在天空中的高度和方位；表示天體在天空中的高度和方位；v圓圈系統(tǒng)：圓圈系統(tǒng)：地平圈地平圈地平緯圈，地平經(jīng)圈（子午圈，卯酉圈）。地平緯圈，地平經(jīng)圈（子午圈，卯酉圈）。v基本要點(diǎn)：基本要點(diǎn)：l基圈：地平圈基圈：地平圈l原點(diǎn)：南點(diǎn)原點(diǎn)：南點(diǎn)l始圈：午圈始圈：午圈l坐標(biāo)坐標(biāo) 經(jīng)度，方位經(jīng)度，方位 (0 - 360(0 - 360， 自南點(diǎn)向西沿地平圈度量，右旋）自南點(diǎn)向西沿地平圈度量，右旋） 緯度：高度（緯度：高度（0 -0 -9090）（1 1）地平坐標(biāo)系）地平坐標(biāo)系天體的地平坐標(biāo)：高度和方位天體的地平坐標(biāo)：高度和方位同一天體，不同觀測地點(diǎn)、不

21、同觀測時(shí)間，地平坐標(biāo)不同。同一天體，不同觀測地點(diǎn)、不同觀測時(shí)間，地平坐標(biāo)不同。2）第一赤道坐標(biāo)系(也稱時(shí)角坐標(biāo)系)v用途：用途：用于時(shí)間度量；用于時(shí)間度量；v圓圈系統(tǒng)：圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時(shí)圈；天赤道，子午圈和六時(shí)圈；v基本要點(diǎn)：基本要點(diǎn)：l基圈：天赤道；基圈：天赤道；l原點(diǎn)：上點(diǎn)；原點(diǎn)：上點(diǎn)；l始圈：午圈；始圈：午圈；l緯度：赤緯；緯度：赤緯；l經(jīng)度：時(shí)角（經(jīng)圈改稱時(shí)圈）自上點(diǎn)沿天赤道向經(jīng)度：時(shí)角（經(jīng)圈改稱時(shí)圈）自上點(diǎn)沿天赤道向西度量（為使天體的時(shí)角西度量（為使天體的時(shí)角“與時(shí)俱增與時(shí)俱增 ” ”）。）。圖1-17 天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時(shí)角不同的觀測地點(diǎn)、不同的觀測時(shí)間，天體的時(shí)角是不同的不同的觀測地點(diǎn)、不同的觀測時(shí)間，天體的時(shí)角是不同的聯(lián)系聯(lián)系3）第二赤道坐標(biāo)系v用途：表示天體在天球上的位置；v圓圈系統(tǒng)：天赤道，二分圈和二至圈；v基本要點(diǎn)：l基圈：天赤道；l原點(diǎn)：春分點(diǎn)；l始圈：春分圈；l緯度：赤緯；l經(jīng)度：赤經(jīng)，自天赤道向東度量。圖1-19 天體第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)由地球自轉(zhuǎn)造成的天體的周日運(yùn)動(dòng)不影響春分點(diǎn)與天體之間的相對位置由地球自轉(zhuǎn)造成的天體的周日運(yùn)動(dòng)不影響春分點(diǎn)與天體之間的相對位置不同觀測地點(diǎn)、不同觀測時(shí)間，天體的赤經(jīng)和