地理坐标与天球坐标.ppt

地球概论电子教案,EastChinaNormalUniversity,出版：高等教育出版社高等教育电子音像出版社,制作：华东师范大学地理系束炯、李莉,地球概论电子教案,第一章地理坐标与天球坐标第二章地球的宇宙环境第三章地球的运动第四章地球运动的地理意义第五章地球和月球第六章地球的结构和物理性质,制作：束炯李莉,华东师范大学地理系,EssentialsofGlobe,高等教育出版社高等教育电子音像出版社,EastChinaNormalUniversity,出版,使用说明本电子教案，是为了方便教师与学生学习地球概论(金祖孟主编.北京：高等教育出版社，1997年第三版)而设计制作的。地球概论是地球系统科学基本物理框架的重要组成部分，是高等师范院校地理专业的第一门基础课。地球概论的任务，首先在于为所有地理专业的一系列课程提供关于地球系统科学的基本知识，特别是提供同太阳辐射能在地球表面上的分布和变化以及与地球运动参数有关的天文知识。由于许多学校都采用这本教材，该教材至今已经历八个印次。为了便于教学，我们基本上按照原教材的体系，安排教学内容。依然分为六章，即第一章地理坐标与天球坐标，第二章地球的宇宙环境，第三章地球的运动，第四章地球运动的地理意义，第五章地球和月球，第六章地球的结构和物理性质。,EastChinaNormalUniversity,本电子教案把与教学内容密切相关的图表、照片以及一些动画分门别类，加以组合，并给出了简要的说明。主要是为授课提供一个基本的思路、框架、体系和一些最基本的素材，教师在授课时可以根据自己的理解和掌握的材料进行调整与修改。电子教案由束炯设计，束炯、李莉制作,在图片的绘制过程中，华东师范大学地理系研究生黄嫣旻、段玉森、2000级本科生顾莹、张国钦、邱云峰、余韬同学付出了辛勤的劳动。本教案的制作得到了教育部理科人才培养基地和华东师范大学教改基金的资助。高等教育出版社徐丽萍副编审也给予热情的鼓励与支持。在电子教案出版之际，谨对所有关心和支持这项工作的单位和个人表示衷心的感谢！虽然教案的设计几经修改，但鲁鱼亥豕，应不能免，敬请广大教师和使用者批评指正。联络信箱:jshu。,EastChinaNormalUniversity,第一章地理坐标与天球坐标,第一节地理坐标经线和纬线一、地球上的经线和纬线地理定位的需要二直线相交于一点；每地点都可看作是特定经线和纬线交点。,EastChinaNormalUniversity,经线和纬线都是地球上的圆大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心；小圆：大圆以外的圆。纬线(parallel)垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆；纬线相互平行，大小不等;赤道(equator)：纬线中惟一的大圆，将地球分为南北半球。,EastChinaNormalUniversity,EastChinaNormalUniversity,经线(meridian)通过地轴的平面同地球相割而成的圆；经线都是大圆（通常指它的半圆），都在两极相交，大小相同；本初子午线：通过英国Greenwich(格林尼治)天文台的0经线（1884年确定）。,图1-1经线和纬线纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴,EastChinaNormalUniversity,英国Greenwich天文台,现为天文博物馆,天文台内展出早期的天文望远镜、星象图和天文钟等,EastChinaNormalUniversity,通过Greenwich天文台内古老的天文望远镜观察宇宙,脚跨东西半球,即通过Greenwich天文台的本初子午线(0经线)。,EastChinaNormalUniversity,二、地球上的方向和距离地球上的方向通常指地平方向；南北方向（经线方向），有限方向；东西方向（纬线方向），无限方向；理论上亦东亦西；实际上非东即西。,EastChinaNormalUniversity,地球上的方向与地球自转我国传统上把正午太阳所在方向定为正南，而把日出日落的方向视为东西方向；东西方向与地球自转相联系；在用时针的方向表述地球自转方向时，必须明确观测者是立足于哪个半球观测地球自转的。,EastChinaNormalUniversity,图1-3十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯酉表示东西。,图1-2地球自转方向向东。在北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方向。,EastChinaNormalUniversity,角距离与线距离的简单换算关系海里：经线1分的弧长；两地间弧分数=其长度的海里数，由此推出经线的全长：60海里180=10800海里；赤道的周长：60海里360=21600海里。,EastChinaNormalUniversity,经度和纬度,一、经度和纬度是经线和纬线的“编号”，本身代表一种角度纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角；纬度在本地经线上度量，南北纬各分90度。,EastChinaNormalUniversity,经度：本地子午面的东西方向和角距离经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终面；经度通常在赤道上度量，东西经各分180度。,EastChinaNormalUniversity,图1-4经度和纬度纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角；经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。,EastChinaNormalUniversity,经线都是大圆，纬度间隔大体相等：1约折合111km。纬线是大小不等的圆经度的间隔，随纬度增高而减小；与纬度的余弦成反比。,EastChinaNormalUniversity,图1-5经线的间隔随纬度增大而减小,EastChinaNormalUniversity,经（纬）度与经（纬）线经度和纬度用来区分不同的经线和纬线；经线即等经度线，纬线即等纬度线。二、地理坐标一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标,EastChinaNormalUniversity,同地理坐标相联系的有三个大圆赤道（横轴）；本初子午线（纵轴）；本地子午线。书写按惯例先纬度，后经度；数字在先，符号在后。例：北京40N,116E,EastChinaNormalUniversity,图1-6在墨卡托投影图上的经纬线。经线互相平行，纬线间隔由赤道向两极增大，以致格陵兰岛比南美洲还大。,EastChinaNormalUniversity,第二节天球坐标一、天球和天穹天球：以地心为球心半径为任意的假想球体，表示天体视运动的辅助工具是整球和圆球；分地心天球和日心天球。天穹：地平以上的半个天球是半球和扁球。,EastChinaNormalUniversity,图1-7天球示意图天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天球上有它们的投影。,EastChinaNormalUniversity,天球的视运动对于地球观测者：天球围绕我们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋转；天球周日运动；周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。,EastChinaNormalUniversity,图1-8太阳周年运动方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。,EastChinaNormalUniversity,1,春：中天狮子太阳飞马夏：天蝎中天太阳猎户秋：飞马中天太阳狮子冬：猎户中天太阳天蝎,图1-9夜半中星随季节的变化这是地球公转的反映。由夜半中星的变化间接推出太阳周年运动。,EastChinaNormalUniversity,太阳同时参与两种相反的运动：由于地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日转一周；由于地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周。,EastChinaNormalUniversity,图1-10天球的视运动左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东。右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西。,EastChinaNormalUniversity,天球上的圆和点,图1-11天球大圆的交点和远距点左:地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点(南、北、上、下)；右:黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）,EastChinaNormalUniversity,三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；大圆的极点：地平圈两极：天顶和天底；天赤道的两极：天北极和天南极；黄道的两极：黄北极和黄南极。大圆的交点：天赤道交地平圈：东点和西点；黄道交天赤道：春分点和秋分点。,EastChinaNormalUniversity,大圆的大距点：地平圈对于天赤道：南点和北点；天赤道对于地平圈：上点和下点；黄道对于天赤道：夏至点和冬至点；天赤道对于黄道：无名点。,EastChinaNormalUniversity,天球上的方向和距离方向：地球上方向的延伸；东西方向：俯视，逆钟向为东；距离：只有角距离。,EastChinaNormalUniversity,图1-12天球上的距离,图1-13球面坐标的一般模式由基圈、始圈和终圈构成球面三角形,EastChinaNormalUniversity,二、天球坐标球坐标系的一般模式以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；纵坐标即纬度；横坐标即经度。,EastChinaNormalUniversity,两大类天球坐标系右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，向西；左旋坐标系：与太阳周年运动（地球公转）联系，向东。,EastChinaNormalUniversity,地平坐标系用途：表示天体在天空中的高度和方位；圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈；基本要点：基圈：地平圈；原点：南点；始圈：午圈；纬度：高度；经度：方位(0到360度，自南点向西沿地平圈度量）。,EastChinaNormalUniversity,图1-14地平坐标系的圆圈系统：地平圈上4个相距90的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）。,图1-15天体的地平坐标：高度和方位,EastChinaNormalUniversity,第一赤道坐标系(也称时角坐标系)用途：用于时间度量；圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈；基本要点：基圈：天赤道；原点：上点；始圈：午圈；纬度：赤纬；经度：时角（经圈改称时圈）自上点沿天赤道向西度量（为使天体的时角“与时俱增”）。,EastChinaNormalUniversity,图1-16(上)第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。,图1-17（下）天体第一赤道坐标系：赤纬和时角,EastChinaNormalUniversity,第二赤道坐标系用途：表示天体在天球上的位置；圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；基本要点：基圈：天赤道；原点：春分点；始圈：春分圈；纬度：赤纬；经度：赤经，自天赤道向东度量（为使春分点沿天赤道向东度量，即当时的“恒星时”）。,EastChinaNormalUniversity,图1-18（下）第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。,图1-19（上）天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经,EastChinaNormalUniversity,黄道坐标系用途：表示日月行星的位置及其运动；圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点的黄经圈）和二至圈；基本要点：基圈：黄道；原点：春分点；始圈：无名圈；纬度：黄纬；经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为使太阳的黄经“与日俱增”）。,EastChinaNormalUniversity,图1-20（上）黄道坐标系的圆圈系统。黄道上4个相距90的点：二分点和二至点；得到无名圈和二至圈。,图1-21（下）天体的黄道坐标系：黄纬和黄经,EastChinaNormalUniversity,图1-22仰极高度天顶赤纬当地纬度地平座标系和第一赤道坐标系；始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角；二者的具体差异与当地的纬度有关；仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。,EastChinaNormalUniversity,第二赤道坐标系和黄道坐标系：赤经和黄经都向东度量：有共同的原点（春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道为基圈，以无名圈为始圈。所以，赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。,图1-23第二赤道坐标系和黄道坐标系,EastChinaNormalUniversity,基圈相同（天赤道）因而有相关的纬度（赤纬）但始圈不同，因而时角不同于赤经；二者的具体差异于当时的恒星时有关；恒星时即春分点的时角，或上点的赤经。天体赤经天体当时时角当时恒星时,S（恒星时）=tr(春分点时角)S（恒星时）=t*(恒星的时角)+a*（恒星的赤经）恒星中天：t*=0则S（恒星时）=a*（恒星中天的赤经）,图1-24第一赤道坐标系和第二赤道坐标系,EastChinaNormalUniversity,EastChinaNormalUniversity,