地球概论(第一章)

1、 由苏州古代天文计时研究所专家经过一年多时间的反复试验，一高为由苏州古代天文计时研究所专家经过一年多时间的反复试验，一高为2.9米、纵深米、纵深2.4米、宽米、宽2.1米的仿宋代铜壶漏刻报时装置在苏州复制成功。米的仿宋代铜壶漏刻报时装置在苏州复制成功。曾被中外古仪器专家和学者称之神奇铙神，即会报时的古代机器人也同时曾被中外古仪器专家和学者称之神奇铙神，即会报时的古代机器人也同时现身，令人叹为观止。现身，令人叹为观止。据悉，铜壶漏刻是元代齐政楼据悉，铜壶漏刻是元代齐政楼(即现北京的钟鼓楼即现北京的钟鼓楼)的报时仪器。后来的报时仪器。后来一直成为元、明、清三朝都城报时中心的主要仪器。铜壶漏刻由天池

2、、平一直成为元、明、清三朝都城报时中心的主要仪器。铜壶漏刻由天池、平水、万分和收水四个壶并分层置于阶梯状的壶架上，其水自上而下从雕刻水、万分和收水四个壶并分层置于阶梯状的壶架上，其水自上而下从雕刻精致的龙口流出，依次最后流向收水壶，其水位随着水的流入，内有一浮精致的龙口流出，依次最后流向收水壶，其水位随着水的流入，内有一浮子托住箭尺不断上升。壶盖上有二龙托住一薄铜片的箭尺上指示出当时的子托住箭尺不断上升。壶盖上有二龙托住一薄铜片的箭尺上指示出当时的时刻。箭杆还刻有时刻。箭杆还刻有96格，每格为格，每格为15分钟便自动报时分钟便自动报时8下。为保证水流不受下。为保证水流不受大气气压的影响，共有大

3、气气压的影响，共有24根根据根根据24个节气做好的箭尺可更换。个节气做好的箭尺可更换。该铜壶漏刻令人最神奇的是有一个会报时的机器人该铜壶漏刻令人最神奇的是有一个会报时的机器人(铙神铙神)，它每隔一，它每隔一刻钟会自动击铙刻钟会自动击铙8下报时。虽然铜漏刻在中国已有数千年的发明与应用下报时。虽然铜漏刻在中国已有数千年的发明与应用历历史史，形状大小不一，计时方法和原理却相同。国家博物馆、故宫博物院及，形状大小不一，计时方法和原理却相同。国家博物馆、故宫博物院及多所大专院校的专家教授经多次调查认为，复原漏刻不难，难的是铙神在多所大专院校的专家教授经多次调查认为，复原漏刻不难，难的是铙神在不用机械又无

4、齿轮的情况下，能每隔一刻钟自动报时不用机械又无齿轮的情况下，能每隔一刻钟自动报时8下便成了下便成了千古千古之谜之谜。苏州古代天文计时仪器研究所所长陈凯歌带领科研人员经过反复试验，苏州古代天文计时仪器研究所所长陈凯歌带领科研人员经过反复试验，对铙神报时功能作了多种结构推测，又听取了众多专家意见，从北宋水运对铙神报时功能作了多种结构推测，又听取了众多专家意见，从北宋水运仪象台的平水壶和枢轮上的水斗受到启发，用一斗水使铙神敲一下的原则，仪象台的平水壶和枢轮上的水斗受到启发，用一斗水使铙神敲一下的原则，让大水斗提供敲击铙神让大水斗提供敲击铙神8下的水量，最终实现击铙下的水量，最终实现击铙8下的要求。下

5、的要求。 日晷，是我国古代利用太阳投射的影变化来测定时刻的一种天文仪器。通常由铜制定的指针和石制的圆盘组成。在晷面上划刻出12个大格，每一个大格代表两个小时。当大阳光照在日晷上时，晷针的影子就是投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动的晷针影像在晷面上刻度是显示出具体的时刻。 地球概论地球概论广西师范大学环境与资源学院广西师范大学环境与资源学院2010.2Credit：2.5Class length：45 hours (practice)Location： Room 306, Building No.2 Instructor: Wang Yue；Yang

6、QinghuaOffice: Room 601, Environment &Resource BuildingTel15277399861Email：;ReferencesReferences第一章地理坐标和天球坐标第一章地理坐标和天球坐标地理坐标地理坐标天球坐标天球坐标第一节地理坐标第一节地理坐标地球上的经纬线地球上的经纬线经度和纬度经度和纬度地理坐标地理坐标球面坐标模式球面坐标模式一、地球上的经纬线一、地球上的经纬线纬线（圈）纬线（圈）概念 特点 赤道 极经线经线经圈和经线特点本初子午线本地子午线oNS英国Greenwich天文台,现为天文博物馆天文台内展出早期的

7、天文望远镜、星象图和天文钟等地球上的方向地球上的方向经线代表南北方向经线代表南北方向北：沿经线指向北极南：沿经线指向南极 纬线代表东西方向纬线代表东西方向东：顺地球自转方向西：逆地球自转方向oNSABC二、 地球上的方向和距离q 地球上的方向v 通常指地平方向；v 南北方向（经线方向），有限方向；v 东西方向（纬线方向），无限方向；v 理论上亦东亦西；实际上非东即西。q 地球上的方向与地球自转v 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；v 东西方向与地球自转相联系；v 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。图1-3 十二支

8、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。q 角距离与线距离的简单换算关系v 海里：经线1分的弧长；v 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=10 800海里；v 赤道的周长：60海里360=21 600海里。方向的练习方向的练习判断下二图中，、各位判断下二图中，、各位于点的什么方向？于点的什么方向？ N SBACDEABCDE二、经度和纬度二、经度和纬度纬度（纬度（）线面角 度量 方向同一纬线上具有相同的纬度经度（经度（）两面角 度量 方向同一经线上具有相同的经度oNS40N120

9、 EAq 经线都是大圆，纬度间隔大体相等：v 1约折合111km。q 纬线是大小不等的圆 v 经度的间隔，随纬度增高而减小；v 与纬度的余弦成反比。三、地理坐标三、地理坐标概念概念用经度和纬度来表示某地地理位置的方法。 oNS书写格式书写格式纬度在前，经度在后数字在前，符号在后 AA(40N,120E)四、球面坐标模式四、球面坐标模式o基圈基圈度量纬度的起点，经度也是度量它的一段弧 辅圈辅圈垂直于基圈的大圆 纬度纬度球面上任一点相对于基圈的方向和角距离 经度经度球面上任一点所在辅圈相对于始圈的方向和角距离 始圈：度量经度的起始面原点极极课堂练习课堂练习如以通过北京（如以通过北京（1161160

10、 0E E）的经线为本初子午线，）的经线为本初子午线，那么，现在的那么，现在的0 00 0经线的经度将是多少？经线的经度将是多少？如以现在的如以现在的1201200 0E E经线为本初子午线，那么，经线为本初子午线，那么，上海（上海（1211210 0E E）的经度将是多少？）的经度将是多少？亚洲大陆最北点纬度为亚洲大陆最北点纬度为77770 04343N N，最南点纬，最南点纬度为度为1 10 01717N N，最东点经度为，最东点经度为1691690 04040W W，最最西点经度为西点经度为26260 00303E E。求亚洲大陆东西的经。求亚洲大陆东西的经度跨距与南北纬度跨距各是多少？

11、度跨距与南北纬度跨距各是多少？ 第二节 天球坐标一、 天球和天穹q 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v 是整球和圆球；v 分地心天球和日心天球。q 天穹：地平以上的半个天球v 是半球和扁球。天球图示天球图示图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。天穹天穹：天球的概念天球的概念天球天球：人们所能直接看到的地平以上的半个球形天空。 以地心为球心，以无穷大为半径的假想球体。 天球上的圈和点天球上的圈和点地平圈天顶天底q 天球的视运动v 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

12、；v 天球周日运动；v 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。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。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。v 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。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

13、，后者向西。PP天球上的几个圈和点天球上的几个圈和点天赤道春分点秋分点KK夏至点冬至点概念 天北极、天南极黄道概念 黄北极、黄南极与天赤道的交点与天赤道的大距点地平圈天子午圈图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）v 三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；v 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。v 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。v 大圆的大距点： 地平圈对于天赤道：南点和北点；

14、 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。q 天球上的方向和距离v方向：地球上方向的延伸；v东西方向：俯视，逆钟向为东；v距离：只有角距离。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二、天球坐标q 球坐标系的一般模式v 以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；v 纵坐标即纬度；v 横坐标即经度。q 两大类天球坐标系v 右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，向西；v 左旋坐标系：与太阳周年运动（地球公转）联系，向东。q 地平坐标系v 用途：表示天体在天空中的高度和方位；v 圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉

15、圈；v 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）。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q 第一赤道坐标系(也称时角坐标系)v 用途：用于时间度量；v 圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈；v 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 ”）。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：

16、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q 第二赤道坐标系v 用途：表示天体在天球上的位置；v 圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；v 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”）。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q 黄道坐标系v 用途：表示日月行星的位置及其运动；v 圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点的黄经圈）和二至圈；v 基

17、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”）。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 图1-22 仰极高度天顶赤纬当地纬度 地平坐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。 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

18、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 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 和第二赤道坐标系复习思考题 举出下列天球大圆的两极：地平圈子午圈天赤道卯酉圈黄 道六时圈天顶天顶天底天底东点东点西点西点天北极天北极天南极天南极南点南点北点北点黄北极黄北极黄南极黄南极上点上点下点下点举出下列天球大圆的交点举出下列天球大圆的交点子午圈与地平圈子午圈与地平圈子午圈与天赤道子午圈与天赤道子午圈与卯酉圈子午圈与卯酉圈天赤道与地平圈天赤道与地平圈天赤道与黄天赤道与黄 道道南南 点点 北北 点点上上 点点 下下 点点天天