第一章 天球坐標(biāo)與時(shí)間

第二章北京師范大學(xué)天文系張燕平天文觀測知識(shí)

——天文奧賽輔導(dǎo)今晚，我們能觀測到這顆星嗎？

這是一個(gè)需要做出回答的重要問題，是和觀測絕對(duì)有關(guān)的。只有當(dāng)下面四個(gè)問題的答案都是“肯定”時(shí)，才能對(duì)這個(gè)問題做出肯定的回答。1.天氣適合觀測嗎？2.考慮我們擁有的觀測設(shè)備的觀測能力，這顆星足夠亮嗎?3.天足夠黑嗎?4.這顆星在地平線以上足夠高嗎？內(nèi)容第一章天球坐標(biāo)系第二章時(shí)間與歷法第三章天文望遠(yuǎn)鏡觀測題解第一章天球坐標(biāo)系在晴朗的夜晚，仰望天空,眼前像有一個(gè)半球形的夜幕天穹,上面點(diǎn)綴著無數(shù)閃爍發(fā)亮的明星，感覺自己仿佛是處在這個(gè)天穹的中心,這就是人們對(duì)“天球”的印象。天文學(xué)家為了研究天體的位置和天體的運(yùn)動(dòng)引入了“天球”的概念和天球坐標(biāo)?！?.1天球地理坐標(biāo)緯度(φ)：赤道以北為正、以南為負(fù)（范圍：-90°<φ<90°）經(jīng)度(λ)：英國格林尼治本初子午線(λ=0°0′0″)，以東為正，以西為負(fù)（范圍：-180°<λ<180°；有時(shí)也可能用0°<λ<360°表示）

[′和″表示角分和角秒][h、m、s表示時(shí)間中的小時(shí)、分鐘、秒]地理坐標(biāo)用法的示例：北京：φ=+39°57′27″=+42.3606°λ=116°27′36″=7h45m22.4s天球是一個(gè)假想的球，它是以觀測者（或地心、日心）為中心，以無窮遠(yuǎn)為半徑的球，所有天體都投影在這個(gè)球面上。天球天球特點(diǎn)：1、與直觀感覺相符的科學(xué)抽象，半徑可任意選取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(對(duì)天球球心的張角)表示4、地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)5、任意點(diǎn)為球心southcelestialpoleSCP南天極northcelestialpoleNCP北天極

天球的軸是地球自轉(zhuǎn)軸的延伸，叫天軸，天軸與天球有兩個(gè)交點(diǎn)，叫作天極,地球北極延伸的點(diǎn)叫北天極,地球南極延伸的那個(gè)點(diǎn)叫南天極。

§1.2天球上的基本點(diǎn)圈1、天極與天赤道southcelestialpolenorthcelestialpole我們能想象天球有一個(gè)“天赤道”我們能想象天球有一個(gè)“天赤道”southcelestialpolenorthcelestialpole…這是地球赤道的擴(kuò)展我們也能在天球上畫出假想的經(jīng)度線(longitude)southcelestialpolenorthcelestialpole和緯度線(latitude)相應(yīng)的天球坐標(biāo)是：經(jīng)度赤經(jīng)rightascension(RA)緯度赤緯declination(dec)平行天赤道的天球上的小圓圈叫緯圈垂直赤道并且過兩個(gè)天極的大圓圈叫經(jīng)圈或時(shí)圈。2、天頂、天底和真地平天頂：Z過天球中心做一直線與觀測點(diǎn)的鉛垂線平行，交天球于兩點(diǎn)，位于觀測者頭頂?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。ZZ’NSWELookingup,thisnorthernhemisphere

observerwillsee:地平線北極星Polaris,位于北天極注意星圖上東,西的位置NSWhorizon從地平北點(diǎn)，通過天頂，到地平的南點(diǎn)，這條假想的線稱為：天頂“天子午線”天子午圈：過天極和天頂?shù)拇髨A。卯酉圈：過天頂和東西點(diǎn)所做的大圓弧。NSWhorizon天頂E3.黃道與黃極黃道：過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＝23°.55、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)(升交點(diǎn))；

秋分點(diǎn)(降交點(diǎn))二至點(diǎn)：黃道上與二分點(diǎn)相距90°的另兩個(gè)點(diǎn)：夏至點(diǎn)(天赤道以北)；冬至點(diǎn)(天赤道以南)春分點(diǎn)秋分點(diǎn)夏至點(diǎn)冬至點(diǎn)北天極黃道§1.3天球坐標(biāo)

地平高度(alt)

h

：

由真地平沿過天體的地平經(jīng)圈向天頂量度(0°-90°)

天頂距z:z＝90°－h(huán)

方位角A(AZ):

起始點(diǎn)：北點(diǎn)由北點(diǎn)沿真地平順時(shí)針(左手坐標(biāo)系

)度量到過天體的地平經(jīng)圈(0°-360)一、地平坐標(biāo)基本點(diǎn)：北點(diǎn)基本圈：真地平天體的方位與高度天體地平高度h天體方位角A地平坐標(biāo)是一個(gè)簡單的坐標(biāo)系，但它依賴于觀測者所在的地面位置，位置不同，地平線也不一樣，地平坐標(biāo)具有強(qiáng)烈的“地方性”。我們可以使用天球的概念，來建立另一種天球坐標(biāo)系，這種坐標(biāo)系不依賴于觀測者所在的地面位置二、時(shí)角坐標(biāo)（第一赤道坐標(biāo)系）

赤緯δ：由天赤道沿過天體的赤經(jīng)圈向兩極方向度量(0°-±90°)

時(shí)角t

：起始點(diǎn)：子午圈與天赤道南邊的交點(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）基本點(diǎn)：子午圈與天赤道南邊的交點(diǎn)Q’基本圈：天赤道南

赤緯用度,分,秒來測量，位于天赤道的上下兩面，上為正，下為負(fù)。例如，靠近北天極的恒星，其赤緯接近+90°,而靠近南天極的恒星，其赤緯接近-90°.

時(shí)角用小時(shí)，分，秒來度量,因?yàn)楹阈莾纱纬霈F(xiàn)在天空中同一位置的時(shí)間間隔大概需一天(24h)(1degree=60arcmin,

1arcmin=60arcsec)可證明，地球上任何觀測點(diǎn)的天極高度等于當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?/p>

在同一地點(diǎn)有：天極的高度(hp)=地理緯度(φ)=天頂?shù)某嗑?δZ)；人們正是根據(jù)這一原理來測定所在地的緯度。

當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度北京地區(qū)地理緯度φ≈40°北京地區(qū)北極星的地平高度h

≈40°在北極，北極星的地平高度=?在赤道上，北極星的地平高度=?

赤緯δ：同時(shí)角坐標(biāo)赤經(jīng)α：起始點(diǎn)：春分點(diǎn)由春分點(diǎn)沿天赤道逆時(shí)針方向(右手坐標(biāo)系)量至天體所在赤經(jīng)圈（0h–24h)

春分點(diǎn)的時(shí)角：

tr

＝(α＋t)三、赤道坐標(biāo)（第二赤道坐標(biāo)系）基本點(diǎn)：春分點(diǎn)(位于白羊座

)基本圈：天赤道SWEhorizonN我們能填加恒定的赤經(jīng)線

rightascension(RA)和赤緯線

(dec)

因春分點(diǎn)本身也在作周日運(yùn)動(dòng)，它相對(duì)于天體而言，基本上靜止不動(dòng)。因此一顆恒星的赤道坐標(biāo)基本不變，可表示為:12:52:03,-47:34:43意思為：赤經(jīng)(RA)=12h52m3s,

赤緯(DEC)=-47o34’43”赤經(jīng)也用小時(shí)，分，秒來度量,因?yàn)楹阈浅霈F(xiàn)在天空中同一位置大概需一天時(shí)間織女星（天琴座α），在以1986.5年的天赤道和春分點(diǎn)建立的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為：

需要注意的是：從長周期的運(yùn)動(dòng)來講，天赤道和春分點(diǎn)相對(duì)于恒星不是固定不變的（因?yàn)榇悍贮c(diǎn)存在著一種緩慢的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，叫“歲差”）。因此，天球坐標(biāo)系所參考的天赤道和春分點(diǎn)是某一特定日期特定時(shí)刻（如2000.0年或1950.0年）的天赤道和春分點(diǎn)。四、黃道坐標(biāo)基本點(diǎn)：春分點(diǎn)基本圈：黃道黃緯β：由黃道沿過天體的黃經(jīng)圈向兩邊度量（0°—±90°）黃經(jīng)λ：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)（0°–360°)§2.4天體的周日視運(yùn)動(dòng)

由于地球是自西向東自轉(zhuǎn)，由相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，人們不覺地球在運(yùn)動(dòng)，卻看到所有天體都圍繞著天軸(地球自轉(zhuǎn)軸的延伸)自東向西運(yùn)動(dòng)，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一周，這就叫天體的周日視運(yùn)動(dòng)。

天體的周日視運(yùn)動(dòng)對(duì)著北天極附近天區(qū)連續(xù)曝光，可看到恒星周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡

這是北天恒星周日視運(yùn)動(dòng)的照片。每條弧線都是一顆恒星穿過夜空的軌跡。圖(a)的曝光時(shí)間約為1小時(shí)，圖(b)約為5小時(shí)。

在地球的南、北極地區(qū)看到所有天體都平行于地平圈做圓運(yùn)動(dòng)，在北極只看到北半天球的星，永遠(yuǎn)看不到南半天球的天體，不同緯度處的天體視運(yùn)動(dòng)：

在地球赤道地區(qū)看到所有天體都垂直于地平面做圓運(yùn)動(dòng),

可看到全天球的天體。

在中緯地區(qū)看到的天體的周日視動(dòng)地理緯度越高,天極離地面越高,可看到的南半天球的星就越少。

southcelestialpolenorthcelestialpole一個(gè)地球表面的觀測者看到地平線以上的夜空但看不到地平線下面的observer’shorizon因此這個(gè)觀測者能看到北天極和大部分天空(隨著地球的自轉(zhuǎn)),

但看不到靠近南天極附近的南部天空。永不上升與永不下落天體1、永不下落天體：

δ≥（90°－φ）永不上升天體：δ≤－（90°－φ）

2、地理緯度越高，這類天體越多：極區(qū)：各半；赤道：無在北京，北極星的高度約40度，φ=40δ≥50°

，永不下落，δ≤－50°，永不上升永不上升永不下落天體的中天1、上中天：在天極以南過子午圈。

2、下中天：在天極以北過子午圈。1、上中天：在天頂以南：φ＞δ；

Z＝φ－δ

在天頂以北：φ＜δ；

Z＝δ－φ2、下中天：

Z＝180°－（δ＋φ）∵Z＝（90°－δ）＋（90°－φ）子午圈§2.5天體的周年視運(yùn)動(dòng)

地球的公轉(zhuǎn)→天體的周年視運(yùn)動(dòng)→太陽自西向東在黃道上每年運(yùn)行一周，每天在黃道上向東運(yùn)動(dòng)約1度(與周日視運(yùn)動(dòng)方向相反)→造成四季星空的不同。

太陽的周年視運(yùn)動(dòng)軌跡：

黃道

運(yùn)動(dòng)方向：自西向東當(dāng)太陽位于：春分點(diǎn)時(shí):（3月21日左右）α＝0h