太原理工大學地理學基礎-自然地理學第一章第二節(jié)地球的運動(二)

十二地支表示地平方向天球的基本點和圈球面坐標系的一般模式地平坐標系：高度和方位第一赤道坐標系：赤緯和時角第二赤道坐標系：赤緯和赤經(jīng)黃道坐標系：黃緯和黃經(jīng)地平坐標系與第一赤道坐標系仰極高度與天頂赤緯第一赤道坐標系與黃道坐標系第一赤道坐標系與第二赤道坐標系類別地平坐標系第一赤道坐標系第二赤道坐標系黃道坐標系基圈地平圈東西南北點天赤道上點下點天赤道春分點秋分點黃道二分二至點兩極天頂、天底天北極、天南極天北極、天南極黃北極、黃南極軸當?shù)卮咕€天軸天軸黃軸輔圈平經(jīng)圈子午圈卯酉圈時圈子午圈六時圈時圈二分二至圈黃經(jīng)圈無名二至圈始圈午圈午圈春分圈無名圈原點南點上點春分點春分點緯度高度赤緯赤緯黃經(jīng)經(jīng)度方位向西度量時角向西度量赤經(jīng)向東度量黃經(jīng)向東度量舉出下列天球大圓的兩極：地平圈:天頂、天底

子午圈:東點、西點

天赤道:天南極、天北極

卯酉圈:南點、北點

黃道:黃南極、黃北極六時圈:上點、下點

（二）地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律1.地球自轉(zhuǎn)的方向2.地球自轉(zhuǎn)的周期3.地球自轉(zhuǎn)的速度地球自轉(zhuǎn)的方向地球自轉(zhuǎn)的方向可以通過右手法則認記：設想右手握著地軸，大拇指豎直指向北極星，四指指的方向則代表地球的自轉(zhuǎn)方向。日月星辰的周日視運動是自東向西的。在北極上空看地球自轉(zhuǎn)，是逆時針方向的，而在南極上空看地球自轉(zhuǎn)則是順時針方向的。地球自轉(zhuǎn)的周期(1)恒星日：以天球上的某恒星為參考點，地球上某地經(jīng)線連續(xù)兩次通過同一恒星與地心連線的時間間隔。時間為23h56m4s。(2)太陽日：以太陽視圓面的中心作為參考點，地球上某地經(jīng)線連續(xù)兩次通過日地中心連線的時間間隔。時間為24h，是地球晝夜更替的周期。(3)太陰日：以月球中心作為參考點，地球上某地經(jīng)線連續(xù)兩次通過月地中心連線的時間間隔。時間為24h50m，是潮汐日變化的周期。

二、地球的公轉(zhuǎn)運動

(一)天球坐標

1．天球的概念天球是以觀測者為中心，任意遠為半徑的假想球面。由于天球半徑是任意的，于是球心可根據(jù)觀測需要而選定，通常以地面觀測者所在位置作為球心。為了便于研究問題，有時需將球心取在地球中心或太陽中心，這樣的天球，分別稱為地心天球或日心天球。

2、天球的基本點和圈(1)天頂和地平圈。如圖2.33所示，過天球中心，垂直于觀測者鉛垂線的平面，與天球相交的大圓，叫做地平圈SWNE。鉛垂線向上和向下延長，與天球的交點，分別叫做天頂(Z)和天底(Z’)。地平圈把天球分成可見天球和不可見天球。

(2)天極和天赤道。天軸(地軸的延長線)與天球的交點，叫做天極，與地球北極正對的為北天極(P)，與地球南極正對的是南天極(P')。通過天球中心與天軸垂直的平面和天球相交的大圓，叫做天赤道QWQ’E(圖2.33)。天赤道把天球分成南、北兩半球。顯然，天赤道平面同地球的赤道平面或者重合(地心天球)或者平行(日心天球)。(3)天子午圈和四方點。通過天頂、天底和天極的大圓，叫做天子午圈(圖2.33)。它被P，P'分成兩半，天頂所在的一半，叫做午圈，天底所在的一半叫做子圈。天子午圈與地平圈相交于北(N)、南(S)兩點，其中北點靠近北天極，南點靠近南天極；天赤道與地平圈相交于東(E)、西(W)兩點。東、南、西、北點代表當?shù)氐臇|南西北四個方向，叫做四方點。天子午圈與天赤道相交于Q(上點)和Q’(下點)，它們分別位于可見天球和不可見天球。天體過天子午圈的瞬間叫中天，其中過午圈的瞬間為上中天，過子圈的瞬間為下中天。

(4)黃道和春分點。如圖2.34，地球的軌道平面無限擴大與天球相交的大圓，叫做黃道，是地球軌道的日心天球投影，它與天赤道有23°26’的交角。距黃道最遠的兩點叫做黃極，其中近北天極的叫北黃極(K)，近南天極的叫南黃極(K')。黃道與天赤道相交有兩個點，其中太陽自西向東作周年視運動時，從南半天球進入北半天球時的交點，叫做春分點(r)，從北半天球進入南半天球的交點叫做秋分點；在黃道上最北的點叫做夏至點，最南的叫冬至點(圖2.35)。3．天球坐標系(1)地平坐標系取地平圈為基本圈的天球坐標系是地平坐標系，天頂(Z)和天底(Z‘)是它的極。過天頂和天底的大圓是地平經(jīng)圈，有無數(shù)個，子午圈就是一個地平經(jīng)圈，它被Z和Z’平分為以北點為中心的午圈和以南點為中心的子圈。S點是地平經(jīng)圈的原點(圖2.36)。

地平坐標系的坐標是方位(A)和高度(h)。方位是天體相對于午圈的方向和角距離，是過天體M的地平經(jīng)圈平面與午圈平面之間的夾角，即之<SOM'，從南點開始，向西順時針量度，從0°到360°。高度是天體M相對于地平圈的方向和角距離，即<MOM’，從地平圈開始，向天頂方向量度為正，向天底為負，從0°到90°。高度的余角為天頂距(Z)。由于天球的周日運動和地平坐標系本身有明顯的地方性，因此同一天體的方位和高度隨時間而不同，隨地點而變化。

(2)第一赤道坐標系取天赤道為基本圈的天球坐標系是赤道坐標系，北天極(P)和南天極(P')是它的極。以上點(Q)為原點的赤道坐標系，為第一赤道坐標系，又稱時角坐標系。過北天極和南天極的大圓是時圈，其中過Q，Q'的時圈為天子午圈，它被P，P'分為以Q為中點的午圈和Q'所在的子圈。

時角坐標系的坐標是時角(t)和赤緯(δ)。時角是天體相對于午圈的方位和角距離，是過天體M的時圈平面與午圈平面之間的夾角，即<QOM'(圖2.37)，從Q(或午圈)開始，向西順時針量度，從0h到24h，或從0°到360°。赤緯是天體相對于天赤道的方向和角距離。是天體M與地心連線與天赤道平面之間的夾角，即<M'OM，從天赤道開始向北天極方向量度為正，向南天極為負，從0°到90°。由于時角以Q為起算點，午圈是因地而異的，故時角因地而變，在同一地點，由于地球自轉(zhuǎn)，天體的時角是與時間同步增長，因而常用于測定時間。(3)第二赤道坐標系以春分點r為原點的赤道坐標系，為第二赤道坐標系。過P，P’的大圓是赤經(jīng)圈，其中過春分點和秋分點的赤經(jīng)圈為二分圈，它被P，P’分成兩半，含春分點的一半叫春分圈。

第二赤道坐標系的坐標是赤經(jīng)(α)和赤緯(δ)。赤經(jīng)是天體相對于春分圈的方向和角距離，是過天體的赤經(jīng)圈平面與春分圈平面之間的夾角，即rOM'(圖2.38)，從r(或春分圈)開始，向東逆時針量度。從0°到360°，或從0h到24h。

赤緯的定義、量度等與時角坐標系相同。由于天體的赤經(jīng)、赤緯較為穩(wěn)定，它不因觀測位置和天體的周日運動而發(fā)生變化，因此常用于編制星表、星圖。(4)黃道坐標系取黃道為基本圈的天球坐標系是黃道坐標系，北黃極(K)和南黃極(K’)是它的極。過K，K’的大圓是黃經(jīng)圈。黃道坐標系的坐標是黃經(jīng)(λ)和黃緯(β)。黃經(jīng)是天體相對于春分點所在的黃經(jīng)圈的方向和角距離，是過天體M的黃經(jīng)圈與過春分點所在的黃經(jīng)圈的夾角，即之<rOM'(圖2.39)，從春分點開始，向東逆時針量度，從0°到360°。黃緯是天體相對于黃道的方向和角距離，即之<M'OM，從黃道開始向北黃極為正，向南黃極為負，從0°到90°。黃緯與黃經(jīng)不因時、因地而改變，常用于表示太陽系內(nèi)天體的位置。(二)地球公轉(zhuǎn)的證明1543年哥白尼在《天體運行論》中，并沒有為地球的公轉(zhuǎn)提出直接的證據(jù)。此后天文學家在1837年用恒星的視差位移，雄辯地證明了地球的公轉(zhuǎn)運動。(1)恒星的視差位移現(xiàn)象是指在地球上觀察近距離的恒星時，由于地球的公轉(zhuǎn)運動導致該恒星相對天球背景發(fā)生視位移的現(xiàn)象(如圖2.40的A‘B’位移)。地球在半年的空間位移(AB)雖然十分巨大(近3億km)，但相比之下，恒星的距離更為遙遠(最近的比鄰星其距離為地球軌道半徑的27萬倍)，因此恒星的視差位移是極為微小的，難以觀察的。

(2)恒星的周年視差是指地球軌道半徑(a)對于某恒星的最大張角叫該恒星的周年視差(即圖中的Л角)。在直角三角形MSA中：sinЛ

＝α/D式中D為星地距離，由于Л角很小，可用Л角的弧度值代表其正弦值，有：Л=α/D（弧度）

因為：1弧度＝206265"，將Л角的單位由弧度化為角秒得：Л"=206265α/D天文學上把206265α定義為一種長度單位，稱作秒差距(PC)，1秒差距＝3.26光年。即：206265α＝1秒差距(PC)＝3.26光年，故上式可寫為：D=1/Л"(PC)＝3.26/Л"(光年)從公式可知：如果恒星的距離用秒差距表示，恰好等于該恒星周年視差角秒值的倒數(shù)。1837年德國天文學家貝塞爾率先測出天鵝座61的周年視差值為0.3”(實為0.29")，次年12月便向世人宣布了他的測量結(jié)果，從而證實了地球的公轉(zhuǎn)運動。舉出下列天球大圓的交點：子午圈與地平圈

北點、南點

子午圈與天赤道

上點、下點

子午圈與卯酉圈

天頂、天底

子午圈與六時圈

天南極、天北極

天赤道與黃道

春分點、秋分點

天赤道與地平圈

東點、西點

（三）地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律地球公轉(zhuǎn)的軌道近日點，遠日點，黃赤交角地球公轉(zhuǎn)的周期恒星年，回歸年，食年地球公轉(zhuǎn)的速度近日點公轉(zhuǎn)速度快遠日點公轉(zhuǎn)速度慢四季的變化正午太陽高度角的周年變化h=90°－｜φ－δ⊙｜hφ

δ⊙

N(3)協(xié)調(diào)世界時(UTC)

為了不失原子鐘的精確穩(wěn)定，又能使之盡量與地球自轉(zhuǎn)同步，科學家采用了協(xié)調(diào)世界時。

協(xié)調(diào)辦法：①規(guī)定1958年1月1日0時的瞬間原子時的起點與世界時重合；60年代采用每年修正原子秒長的辦法使協(xié)調(diào)世界與世界時的時刻保持在0.1秒之內(nèi)。②協(xié)調(diào)世界時采用精確穩(wěn)定的原子秒長，與原子時的差值為完整的秒數(shù)（秒以下的小數(shù)始終與原子時相同），協(xié)調(diào)世界時與世界時的差值始終保持在±0.9秒之內(nèi)。當超出這一限度時，協(xié)調(diào)世界時便自動跳秒（閏秒），以適應地球自轉(zhuǎn)速度的變化。（一）時間(1)世界時(UT)1928年國際天文聯(lián)合會決定將零時區(qū)的區(qū)時（本初子午線的地方平時）稱為世界時。

它是以地球自轉(zhuǎn)鐘所計量的地方平太陽時。(2)原子時(IAT)

利用原子穩(wěn)定的電磁震蕩周期所計量的時間歷法概述歷法是根據(jù)日、月的運行規(guī)律安排年歷的法則。編歷原則：力求在盡可能短的協(xié)調(diào)周期內(nèi)，使歷年、歷月的平均日數(shù)，與日、月運動周期的精確日數(shù)相等或盡量接近。

①太陰歷：依據(jù)月相變化周期制定的歷法，

簡稱陰歷或回歷。歷月與月相對應，但歷年的月序卻與季節(jié)不相關。游牧民族的穆斯林國家或地區(qū)仍然沿用

②太陽歷：依據(jù)太陽回歸周期制定的歷法，

簡稱陽歷或公歷。歷年的月序卻與季節(jié)相對應，但歷月與日序與月相不相關。國際通用歷法

③陰陽歷：既依據(jù)月相周期，又協(xié)調(diào)太陽回歸周期制定的歷法，又稱農(nóng)歷、舊歷或夏歷。歷月與月相對應，但歷年的月序也與季節(jié)相對應。

中國仍然沿用

陰歷（1）歷月陰歷安排歷月的天文依據(jù)是，朔望月29.5306日，故小月取29日，大月取30日；陰歷編制的協(xié)調(diào)周期為360個朔望月（即30個太陰年），在協(xié)調(diào)周期內(nèi)應安排的大月總數(shù)為191個，小月總數(shù)為169個；大小月的安排：每年月序逢單大月，逢雙小月；歷月的平均值為29.53055日。（2）歷年陰歷安排月數(shù)的天文依據(jù)是，回歸年與朔望月的比值為12.3，取整后一個太陰年定為12個朔望月。太陽年的精確日數(shù)＝12×29.5306＝354.367日。于是平年為354日，閏年為355日，在協(xié)調(diào)周期中閏年數(shù)為11個，平年數(shù)為19個。(3)陰歷年的置閏：在30個太陰年的序號中：2,5,7,10,13,16,18,21,24,26,28為閏年，而閏年的閏日安排在12月的最后一天（變?yōu)榇笤?0天）。這樣平年為6個大月，6個小月，而閏年7個大月，5個小月。陽歷（1）歷月陽歷安排月數(shù)的天文依據(jù)是，回歸年與朔望月的比值為12.3，取整后一個歷年定為12個月。歷月的平均日數(shù)＝365.2422/12＝30.4368日；于是大月定為31天，小月定為30天。大小月的安排：7個大月（1,3,5,7,8,10,12），5個小月（2,4,6,9,11）。（2）歷年陽歷即現(xiàn)行公歷，又叫格里歷。陽歷的天文依據(jù)是，回歸年為365.2422日，于是平年為365日，閏年為366日。陽歷的協(xié)調(diào)期為400個回歸年。其中應安排的閏年總數(shù)為97個，平年數(shù)為303個。歷年的歲首定在冬至后的第十天。