地球概論(第一章)

由蘇州古代天文計時研究所專家經(jīng)過一年多時間的反復(fù)試驗，一高為2.9米、縱深2.4米、寬2.1米的仿宋代銅壺漏刻報時裝置在蘇州復(fù)制成功。曾被中外古儀器專家和學(xué)者稱之神奇鐃神，即會報時的古代機器人也同時現(xiàn)身，令人嘆為觀止。據(jù)悉，銅壺漏刻是元代齊政樓(即現(xiàn)北京的鐘鼓樓)的報時儀器。后來一直成為元、明、清三朝都城報時中心的主要儀器。銅壺漏刻由天池、平水、萬分和收水四個壺并分層置于階梯狀的壺架上，其水自上而下從雕刻精致的龍口流出，依次最后流向收水壺，其水位隨著水的流入，內(nèi)有一浮子托住箭尺不斷上升。壺蓋上有二龍托住一薄銅片的箭尺上指示出當(dāng)時的時刻。箭桿還刻有96格，每格為15分鐘便自動報時8下。為保證水流不受大氣氣壓的影響，共有24根根據(jù)24個節(jié)氣做好的箭尺可更換。該銅壺漏刻令人最神奇的是有一個會報時的機器人(鐃神)，它每隔一刻鐘會自動擊鐃8下報時。雖然銅漏刻在中國已有數(shù)千年的發(fā)明與應(yīng)用歷史，形狀大小不一，計時方法和原理卻相同。國家博物館、故宮博物院及多所大專院校的專家教授經(jīng)多次調(diào)查認(rèn)為，復(fù)原漏刻不難，難的是鐃神在不用機械又無齒輪的情況下，能每隔一刻鐘自動報時8下便成了千古之謎。蘇州古代天文計時儀器研究所所長陳凱歌帶領(lǐng)科研人員經(jīng)過反復(fù)試驗，對鐃神報時功能作了多種結(jié)構(gòu)推測，又聽取了眾多專家意見，從北宋水運儀象臺的平水壺和樞輪上的水斗受到啟發(fā)，用一斗水使鐃神敲一下的原則，讓大水斗提供敲擊鐃神8下的水量，最終實現(xiàn)擊鐃8下的要求。

日晷，是我國古代利用太陽投射的影變化來測定時刻的一種天文儀器。通常由銅制定的指針和石制的圓盤組成。在晷面上劃刻出12個大格，每一個大格代表兩個小時。當(dāng)大陽光照在日晷上時，晷針的影子就是投向晷面，太陽由東向西移動，投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。于是，移動的晷針影像在晷面上刻度是顯示出具體的時刻。地球概論廣西師范大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院2010.2Credit：2.5Classlength：45hours

(practice)Location：Room306,BuildingNo.2

Instructor:WangYue；YangQinghuaOffice:Room601,Environment&ResourceBuildingTel15277399861Email：454554899@;55755781@RequiredTextbook金祖孟等，地球概論.1997，高等教育出版社References郭瑞濤.地球概論.1988，北京師范大學(xué)出版社.徐慶華.地球概論.1991，北京師范大學(xué)出版社.彭清玲等.地球概論.1993，西南師范大學(xué)出版社.ContentsChapter1地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)Chapter2地球的宇宙環(huán)境Chapter3地球的運動Chapter4地球運動的地理意義Chapter5地球和月球Chapter6地球的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)第一章地理坐標(biāo)和天球坐標(biāo)地理坐標(biāo)天球坐標(biāo)第一節(jié)地理坐標(biāo)地球上的經(jīng)緯線經(jīng)度和緯度地理坐標(biāo)球面坐標(biāo)模式一、地球上的經(jīng)緯線緯線（圈）概念特點赤道極經(jīng)線經(jīng)圈和經(jīng)線特點本初子午線本地子午線?oNS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鏡、星象圖和天文鐘等地球上的方向經(jīng)線代表南北方向北：沿經(jīng)線指向北極南：沿經(jīng)線指向南極緯線代表東西方向東：順地球自轉(zhuǎn)方向西：逆地球自轉(zhuǎn)方向?oNSABC練習(xí)二、地球上的方向和距離地球上的方向通常指地平方向；南北方向（經(jīng)線方向），有限方向；東西方向（緯線方向），無限方向；理論上亦東亦西；實際上非東即西。地球上的方向與地球自轉(zhuǎn)我國傳統(tǒng)上把正午太陽所在方向定為正南，而把日出日落的方向視為東西方向；東西方向與地球自轉(zhuǎn)相聯(lián)系；在用時針的方向表述地球自轉(zhuǎn)方向時，必須明確觀測者是立足于哪個半球觀測地球自轉(zhuǎn)的。圖1-3十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯酉表示東西。圖1-2地球自轉(zhuǎn)方向—向東。在北半球看，呈逆時針方向；在南半球看，呈順時針方向。角距離與線距離的簡單換算關(guān)系海里：經(jīng)線1分的弧長；兩地間弧分?jǐn)?shù)=其長度的海里數(shù)，由此推出經(jīng)線的全長：60海里×180=10800海里；赤道的周長：60海里×360=21600海里。方向的練習(xí)判斷下二圖中，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ各位于Ａ點的什么方向？

NSB·A·C·D·E·A·B·C·D·E·二、經(jīng)度和緯度緯度（φ）線面角度量方向同一緯線上具有相同的緯度經(jīng)度（λ）兩面角度量方向同一經(jīng)線上具有相同的經(jīng)度?oNS40oN120oEA經(jīng)線都是大圓，緯度間隔大體相等：

1°約折合111km。

緯線是大小不等的圓經(jīng)度的間隔，隨緯度增高而減??；與緯度的余弦成反比。三、地理坐標(biāo)概念用經(jīng)度和緯度來表示某地地理位置的方法。?oNS書寫格式緯度在前，經(jīng)度在后數(shù)字在前，符號在后練習(xí)AA(40oN,120oE)四、球面坐標(biāo)模式?o基圈度量緯度的起點，經(jīng)度也是度量它的一段弧

輔圈垂直于基圈的大圓

緯度球面上任一點相對于基圈的方向和角距離經(jīng)度球面上任一點所在輔圈相對于始圈的方向和角距離始圈：度量經(jīng)度的起始面原點極極課堂練習(xí)如以通過北京（1160E）的經(jīng)線為本初子午線，那么，現(xiàn)在的00經(jīng)線的經(jīng)度將是多少？如以現(xiàn)在的1200E經(jīng)線為本初子午線，那么，上海（1210E）的經(jīng)度將是多少？亞洲大陸最北點緯度為77043′N，最南點緯度為1017′N，最東點經(jīng)度為169040′W，最西點經(jīng)度為26003′E。求亞洲大陸東西的經(jīng)度跨距與南北緯度跨距各是多少？

第二節(jié)天球坐標(biāo)一、天球和天穹天球：以地心為球心半徑為任意的假想球體，表示天體視運動的輔助工具是整球和圓球；分地心天球和日心天球。天穹：地平以上的半個天球是半球和扁球。天球圖示圖1-7天球示意圖天球的半徑是任意的,所有天體,不論多遠,都可以在天球上有它們的投影。天穹：天球的概念天球：人們所能直接看到的地平以上的半個球形天空。

以地心為球心，以無窮大為半徑的假想球體。

天球上的圈和點地平圈天頂天底天球的視運動對于地球觀測者：天球圍繞我們以與地球自轉(zhuǎn)相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋轉(zhuǎn)；天球周日運動；周日圈：天體周日運動行經(jīng)的路線，天體愈近天極周日圈愈小，反之亦然。圖1-8太陽周年運動方向向東(與地球公轉(zhuǎn)方向相同),其視行路線被稱為黃道。1春：中天獅子太陽飛馬夏：天蝎中天太陽獵戶秋：飛馬中天太陽獅子冬：獵戶中天太陽天蝎圖1-9夜半中星隨季節(jié)的變化這是地球公轉(zhuǎn)的反映。由夜半中星的變化間接推出太陽周年運動。><^太陽同時參與兩種相反的運動：由于地球自轉(zhuǎn)而隨同整個天球的運動，方向向西，日轉(zhuǎn)一周；由于地球公轉(zhuǎn)而相對于恒星的運動，方向向東，年巡天一周。圖1-10天球的視運動左：地球公轉(zhuǎn)和太陽周年運動，二者都向東。右：地球自轉(zhuǎn)和天球周日運動，前者向東，后者向西。PP′天球上的幾個圈和點天赤道春分點秋分點K′K夏至點冬至點概念天北極、天南極黃道概念黃北極、黃南極與天赤道的交點與天赤道的大距點地平圈天子午圈圖1-11天球大圓的交點和遠距點左:地平圈與天赤道的交點（東、西）和遠距點(南、北、上、下)；右:黃道與天赤道的交點（二分）和遠距點（二至點和無名點）三個基本大圓：地平圈，天赤道，黃道；大圓的極點：地平圈兩極：天頂和天底；天赤道的兩極：天北極和天南極；黃道的兩極：黃北極和黃南極。大圓的交點：天赤道交地平圈：東點和西點；黃道交天赤道：春分點和秋分點。大圓的大距點：地平圈對于天赤道：南點和北點；天赤道對于地平圈：上點和下點；黃道對于天赤道：夏至點和冬至點；天赤道對于黃道：無名點。天球上的方向和距離方向：地球上方向的延伸；東西方向：俯視，逆鐘向為東；距離：只有角距離。圖1-12天球上的距離圖1-13球面坐標(biāo)的一般模式由基圈、始圈和終圈構(gòu)成球面三角形二、天球坐標(biāo)球坐標(biāo)系的一般模式以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；縱坐標(biāo)即緯度；橫坐標(biāo)即經(jīng)度。兩大類天球坐標(biāo)系右旋坐標(biāo)系：與天球周日運動（地球自轉(zhuǎn)）聯(lián)系，向西；左旋坐標(biāo)系：與太陽周年運動（地球公轉(zhuǎn)）聯(lián)系，向東。地平坐標(biāo)系用途：表示天體在天空中的高度和方位；圓圈系統(tǒng)：地平圈，子午圈，卯酉圈；基本要點：基圈：地平圈；原點：南點；始圈：午圈；緯度：高度；經(jīng)度：方位(0到360度，自南點向西沿地平圈度量）。圖1-14地平坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)：地平圈上4個相距90°的點：東、南、西、北點；得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）。圖1-15天體的地平坐標(biāo)：高度和方位第一赤道坐標(biāo)系(也稱時角坐標(biāo)系)用途：用于時間度量；圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時圈；基本要點：基圈：天赤道；原點：上點；始圈：午圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：時角（經(jīng)圈改稱時圈）自上點沿天赤道向西度量（為使天體的時角“與時俱增”）。圖1-16(上)第一赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90°的點：東、西、上、下點；得到子午圈和六時圈。圖1-17（下）天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時角第二赤道坐標(biāo)系用途：表示天體在天球上的位置；圓圈系統(tǒng)：天赤道，二分圈和二至圈；基本要點：基圈：天赤道；原點：春分點；始圈：春分圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：赤經(jīng)，自天赤道向東度量（為使春分點沿天赤道向東度量，即當(dāng)時的“恒星時”）。圖1-18（下）第二赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90°的點：二分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。

圖1-19（上）天體第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)黃道坐標(biāo)系用途：表示日月行星的位置及其運動；圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（通過春分點的黃經(jīng)圈）和二至圈；基本要點：基圈：黃道；原點：春分點；始圈：無名圈；緯度：黃緯；經(jīng)度：黃經(jīng)，自春分點沿黃道向東度量（為使太陽的黃經(jīng)“與日俱增”）。圖1-20（上）黃道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。黃道上4個相距90°的點：二分點和二至點；得到無名圈和二至圈。圖1-21（下）天體的黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)

圖1-22仰極高度＝天頂赤緯＝當(dāng)?shù)鼐暥?/p>

地平坐標(biāo)系和第一赤道坐標(biāo)系；始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤緯，方位不同于時角；二者的具體差異與當(dāng)?shù)氐木暥扔嘘P(guān)；仰極高度體現(xiàn)地平系統(tǒng)與第一赤道向系統(tǒng)的關(guān)系。

第二赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系：赤經(jīng)和黃經(jīng)都向東度量：有共同的原點（春分點）。但第一赤道坐標(biāo)系以天赤道為基圈，春分圈為始圈；黃道坐標(biāo)系以黃道為基圈，以無名圈為始圈。所以，赤緯不同于黃緯，赤經(jīng)不同于黃經(jīng)。圖1-23第二赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系基圈相同（天赤道）因而有相關(guān)的緯度（赤緯）但始圈不同，因而時角不同于赤經(jīng)；

二者的具體差異于當(dāng)時的恒星時有關(guān)；

恒星時即春分點的時角，或上點的赤經(jīng)。天體赤經(jīng)＋天體當(dāng)時時角＝當(dāng)時恒星時S（恒星時）=tr(春分點時角)S（恒星時）=t*(恒星的時角)+a*（恒星的赤經(jīng)）恒星中天：t*=0則S（恒星時）=a*（恒星中天的赤經(jīng)）圖1-24第一赤道坐標(biāo)系和第二赤道坐標(biāo)系復(fù)習(xí)思考題舉出下列天球大圓的兩極：地平圈子午圈天赤道卯酉圈黃道六時圈天頂天底東點西點天北極天南極南點北點黃北極黃南極上點下點舉出下列天球大圓的交點子午圈與地平圈子午圈與天赤道子午圈與卯酉圈天赤道與地平圈天赤道與黃道南點北點上點下點天頂天底東點西點春分點秋分點試推算二分二至?xí)r太陽的黃道坐標(biāo)和赤道坐標(biāo)

太陽黃緯太陽黃經(jīng)太陽赤緯太陽赤經(jīng)春分夏至秋分

冬至

0°90°