太原理工大學(xué)地理學(xué)基礎(chǔ)-自然地理學(xué)第一章第二節(jié)地球的運(yùn)動(dòng)(二)

十二地支表示地平方向天球的基本點(diǎn)和圈球面坐標(biāo)系的一般模式地平坐標(biāo)系：高度和方位第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時(shí)角第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)地平坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系仰極高度與天頂赤緯第一赤道坐標(biāo)系與黃道坐標(biāo)系第一赤道坐標(biāo)系與第二赤道坐標(biāo)系類別地平坐標(biāo)系第一赤道坐標(biāo)系第二赤道坐標(biāo)系黃道坐標(biāo)系基圈地平圈東西南北點(diǎn)天赤道上點(diǎn)下點(diǎn)天赤道春分點(diǎn)秋分點(diǎn)黃道二分二至點(diǎn)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(dāng)?shù)卮咕€天軸天軸黃軸輔圈平經(jīng)圈子午圈卯酉圈時(shí)圈子午圈六時(shí)圈時(shí)圈二分二至圈黃經(jīng)圈無(wú)名二至圈始圈午圈午圈春分圈無(wú)名圈原點(diǎn)南點(diǎn)上點(diǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)緯度高度赤緯赤緯黃經(jīng)經(jīng)度方位向西度量時(shí)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(diǎn)、西點(diǎn)

天赤道:天南極、天北極

卯酉圈:南點(diǎn)、北點(diǎn)

黃道:黃南極、黃北極六時(shí)圈:上點(diǎn)、下點(diǎn)

（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(guò)右手法則認(rèn)記：設(shè)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(yùn)動(dòng)是自東向西的。在北極上空看地球自轉(zhuǎn)，是逆時(shí)針?lè)较虻?，而在南極上空看地球自轉(zhuǎn)則是順時(shí)針?lè)较虻?。地球自轉(zhuǎn)的周期(1)恒星日：以天球上的某恒星為參考點(diǎn)，地球上某地經(jīng)線連續(xù)兩次通過(guò)同一恒星與地心連線的時(shí)間間隔。時(shí)間為23h56m4s。(2)太陽(yáng)日：以太陽(yáng)視圓面的中心作為參考點(diǎn)，地球上某地經(jīng)線連續(xù)兩次通過(guò)日地中心連線的時(shí)間間隔。時(shí)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(diǎn)，地球上某地經(jīng)線連續(xù)兩次通過(guò)月地中心連線的時(shí)間間隔。時(shí)間為24h50m，是潮汐日變化的周期。

二、地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

(一)天球坐標(biāo)

1．天球的概念天球是以觀測(cè)者為中心，任意遠(yuǎn)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(cè)需要而選定，通常以地面觀測(cè)者所在位置作為球心。為了便于研究問(wèn)題，有時(shí)需將球心取在地球中心或太陽(yáng)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(diǎn)和圈(1)天頂和地平圈。如圖2.33所示，過(guò)天球中心，垂直于觀測(cè)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(zhǎng)，與天球的交點(diǎn)，分別叫做天頂(Z)和天底(Z’)。地平圈把天球分成可見(jiàn)天球和不可見(jiàn)天球。

(2)天極和天赤道。天軸(地軸的延長(zhǎng)線)與天球的交點(diǎn)，叫做天極，與地球北極正對(duì)的為北天極(P)，與地球南極正對(duì)的是南天極(P')。通過(guò)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(diǎn)。通過(guò)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(diǎn)，其中北點(diǎn)靠近北天極，南點(diǎn)靠近南天極；天赤道與地平圈相交于東(E)、西(W)兩點(diǎn)。東、南、西、北點(diǎn)代表當(dāng)?shù)氐臇|南西北四個(gè)方向，叫做四方點(diǎn)。天子午圈與天赤道相交于Q(上點(diǎn))和Q’(下點(diǎn))，它們分別位于可見(jiàn)天球和不可見(jiàn)天球。天體過(guò)天子午圈的瞬間叫中天，其中過(guò)午圈的瞬間為上中天，過(guò)子圈的瞬間為下中天。

(4)黃道和春分點(diǎn)。如圖2.34，地球的軌道平面無(wú)限擴(kuò)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(yuǎn)的兩點(diǎn)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(gè)點(diǎn)，其中太陽(yáng)自西向東作周年視運(yùn)動(dòng)時(shí)，從南半天球進(jìn)入北半天球時(shí)的交點(diǎn)，叫做春分點(diǎn)(r)，從北半天球進(jìn)入南半天球的交點(diǎn)叫做秋分點(diǎn)；在黃道上最北的點(diǎn)叫做夏至點(diǎn)，最南的叫冬至點(diǎn)(圖2.35)。3．天球坐標(biāo)系(1)地平坐標(biāo)系取地平圈為基本圈的天球坐標(biāo)系是地平坐標(biāo)系，天頂(Z)和天底(Z‘)是它的極。過(guò)天頂和天底的大圓是地平經(jīng)圈，有無(wú)數(shù)個(gè)，子午圈就是一個(gè)地平經(jīng)圈，它被Z和Z’平分為以北點(diǎn)為中心的午圈和以南點(diǎn)為中心的子圈。S點(diǎn)是地平經(jīng)圈的原點(diǎn)(圖2.36)。

地平坐標(biāo)系的坐標(biāo)是方位(A)和高度(h)。方位是天體相對(duì)于午圈的方向和角距離，是過(guò)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(diǎn)開(kāi)始，向西順時(shí)針量度，從0°到360°。高度是天體M相對(duì)于地平圈的方向和角距離，即<MOM’，從地平圈開(kāi)始，向天頂方向量度為正，向天底為負(fù)，從0°到90°。高度的余角為天頂距(Z)。由于天球的周日運(yùn)動(dòng)和地平坐標(biāo)系本身有明顯的地方性，因此同一天體的方位和高度隨時(shí)間而不同，隨地點(diǎn)而變化。

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

時(shí)角坐標(biāo)系的坐標(biāo)是時(shí)角(t)和赤緯(δ)。時(shí)角是天體相對(duì)于午圈的方位和角距離，是過(guò)天體M的時(shí)圈平面與午圈平面之間的夾角，即<QOM'(圖2.37)，從Q(或午圈)開(kāi)始，向西順時(shí)針量度，從0h到24h，或從0°到360°。赤緯是天體相對(duì)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(kāi)始向北天極方向量度為正，向南天極為負(fù)，從0°到90°。由于時(shí)角以Q為起算點(diǎn)，午圈是因地而異的，故時(shí)角因地而變，在同一地點(diǎn)，由于地球自轉(zhuǎn)，天體的時(shí)角是與時(shí)間同步增長(zhǎng)，因而常用于測(cè)定時(shí)間。(3)第二赤道坐標(biāo)系以春分點(diǎn)r為原點(diǎn)的赤道坐標(biāo)系，為第二赤道坐標(biāo)系。過(guò)P，P’的大圓是赤經(jīng)圈，其中過(guò)春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)的赤經(jīng)圈為二分圈，它被P，P’分成兩半，含春分點(diǎn)的一半叫春分圈。

第二赤道坐標(biāo)系的坐標(biāo)是赤經(jīng)(α)和赤緯(δ)。赤經(jīng)是天體相對(duì)于春分圈的方向和角距離，是過(guò)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(kāi)始，向東逆時(shí)針量度。從0°到360°，或從0h到24h。

赤緯的定義、量度等與時(shí)角坐標(biāo)系相同。由于天體的赤經(jīng)、赤緯較為穩(wěn)定，它不因觀測(cè)位置和天體的周日運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，因此常用于編制星表、星圖。(4)黃道坐標(biāo)系取黃道為基本圈的天球坐標(biāo)系是黃道坐標(biāo)系，北黃極(K)和南黃極(K’)是它的極。過(guò)K，K’的大圓是黃經(jīng)圈。黃道坐標(biāo)系的坐標(biāo)是黃經(jīng)(λ)和黃緯(β)。黃經(jīng)是天體相對(duì)于春分點(diǎn)所在的黃經(jīng)圈的方向和角距離，是過(guò)天體M的黃經(jīng)圈與過(guò)春分點(diǎn)所在的黃經(jīng)圈的夾角，即之<rOM'(圖2.39)，從春分點(diǎn)開(kāi)始，向東逆時(shí)針量度，從0°到360°。黃緯是天體相對(duì)于黃道的方向和角距離，即之<M'OM，從黃道開(kāi)始向北黃極為正，向南黃極為負(fù)，從0°到90°。黃緯與黃經(jīng)不因時(shí)、因地而改變，常用于表示太陽(yáng)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(yùn)行論》中，并沒(méi)有為地球的公轉(zhuǎn)提出直接的證據(jù)。此后天文學(xué)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(yùn)動(dòng)。(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(shí)，由于地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致該恒星相對(duì)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(yuǎn)(最近的比鄰星其距離為地球軌道半徑的27萬(wàn)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(duì)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?yàn)椋?弧度＝206265"，將Л角的單位由弧度化為角秒得：Л"=206265α/D天文學(xué)上把206265α定義為一種長(zhǎng)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(guó)天文學(xué)家貝塞爾率先測(cè)出天鵝座61的周年視差值為0.3”(實(shí)為0.29")，次年12月便向世人宣布了他的測(cè)量結(jié)果，從而證實(shí)了地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。舉出下列天球大圓的交點(diǎn)：子午圈與地平圈

北點(diǎn)、南點(diǎn)

子午圈與天赤道

上點(diǎn)、下點(diǎn)

子午圈與卯酉圈

天頂、天底

子午圈與六時(shí)圈

天南極、天北極

天赤道與黃道

春分點(diǎn)、秋分點(diǎn)

天赤道與地平圈

東點(diǎn)、西點(diǎn)

（三）地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律地球公轉(zhuǎn)的軌道近日點(diǎn)，遠(yuǎn)日點(diǎn)，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(diǎn)公轉(zhuǎn)速度快遠(yuǎn)日點(diǎn)公轉(zhuǎn)速度慢四季的變化正午太陽(yáng)高度角的周年變化h=90°－｜φ－δ⊙｜hφ

δ⊙

N(3)協(xié)調(diào)世界時(shí)(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(xué)家采用了協(xié)調(diào)世界時(shí)。

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

它是以地球自轉(zhuǎn)鐘所計(jì)量的地方平太陽(yáng)時(shí)。(2)原子時(shí)(IAT)

利用原子穩(wěn)定的電磁震蕩周期所計(jì)量的時(shí)間歷法概述歷法是根據(jù)日、月的運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)稱陰歷或回歷。歷月與月相對(duì)應(yīng)，但歷年的月序卻與季節(jié)不相關(guān)。游牧民族的穆斯林國(guó)家或地區(qū)仍然沿用

②太陽(yáng)歷：依據(jù)太陽(yáng)回歸周期制定的歷法，

簡(jiǎn)稱陽(yáng)歷或公歷。歷年的月序卻與季節(jié)相對(duì)應(yīng)，但歷月與日序與月相不相關(guān)。國(guó)際通用歷法

③陰陽(yáng)歷：既依據(jù)月相周期，又協(xié)調(diào)太陽(yáng)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(duì)應(yīng)，但歷年的月序也與季節(jié)相對(duì)應(yīng)。

中國(guó)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(gè)朔望月（即30個(gè)太陰年），在協(xié)調(diào)周期內(nèi)應(yīng)安排的大月總數(shù)為191個(gè)，小月總數(shù)為169個(gè)；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(gè)太陰年定為12個(gè)朔望月。太陽(yáng)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(gè)，平年數(shù)為19個(gè)。(3)陰歷年的置閏：在30個(gè)太陰年的序號(hào)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(gè)大月，6個(gè)小月，而閏年7個(gè)大月，5個(gè)小月。陽(yáng)歷（1）歷月陽(yáng)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(gè)歷年定為12個(gè)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(gè)大月（1,3,5,7,8,10,12），5個(gè)小月（2,4,6,9,11）。（2）歷年陽(yáng)歷即現(xiàn)行公歷，又叫格里歷。陽(yáng)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(yáng)歷的協(xié)調(diào)期為400個(gè)回歸年。其中應(yīng)安排的閏年總數(shù)為97個(gè)，平年數(shù)為303個(gè)。歷年的歲首定在冬至后的第十天。