天文学导论第1讲-天体的视运动

1、天文学导论天文学导论第第1 1讲讲天体的视运动天体的视运动本讲内容本讲内容1.星座与星图2.地球自转：天体的周日视运动3.地球公转：天体的周年视运动4.天体的赤道坐标系、恒星时5.地球自转轴进动与岁差6.月相7.日月食教材阅读教材阅读 Chapter 2：Patterns in the SkyMotions of Earth APPENDIX 6：Observing the SkyA-161、星座与星图、星座与星图 1929年，国际天文联合会（IAU）正式把全天划分为88个星座，并清楚界定每一个星座的边界。因此每颗星属于且只能属于一个星座 星座名用来命名星星天狼星：官方名为大犬座星附录五：亮星

2、表附录六：星座昴星团 M45望远镜出现之前的古代天文台望远镜出现之前的古代天文台用于研究天文位置与事件的古代建筑？用于研究天文位置与事件的古代建筑？埃及，公元前1275年中国，公元840年欧洲，公元1540年星图星图 地图平放地上 星图高举过头仰望之，使星图所标方向与实际方向一致 星座只是天上一个一个的区域，并不表示每个星座的星星之间存在一定的内在联系，例如以引力而被束缚的一个系统。而且星座仅代表本天区中较亮的星专业星图专业星图 昴星团 M452 2、 地球自转：天体的周日视运地球自转：天体的周日视运动动坐地日行八万里巡天遥看一千河天体的周日视运动天体的周日视运动 每天，太阳、月球以及星星都东

3、升西落，是地球自西向东自转所造成的假象，故称天体在天空上所经历的路径称为天体的周日视运动天似穹庐，笼盖四野天似穹庐，笼盖四野天顶天顶子午线子午线南南北北地平面（圈）地平面（圈） 东西头顶的星空取决于你在地球头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间表面上的纬度和当地时间天球（天球（celestial sphere）太阳的太阳的周日视运动周日视运动 太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天） 地方正午：太阳到达子午线（不一定是12点）地方子夜： 太阳连续两次到达正午的时间为24小时，称为一个太阳日（the solar day），即我们的一天世界时 Universal Time

4、 (UT) 天文事件通常用世界时（UT） 或 Coordinated Universal Time (UTC) ，近似为 the local time for Greenwich （ the Greenwich Mean Time (GMT) 格林尼治平时） 世界时与本地时间的转换：北京时间=UT+8小时 北京地方时和北京时间完全是两码事！北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午天球北极北极南极南极赤道赤道北天极北天极南天极南天极天赤道天赤道东把天空幻想为一个大水晶球，所有

5、天体把天空幻想为一个大水晶球，所有天体包括太阳、月亮和星星等都镶嵌在天球包括太阳、月亮和星星等都镶嵌在天球上，而地球则孤悬于天球的中央上，而地球则孤悬于天球的中央天体的周日视运动天体的周日视运动 地球自西向东自转，造成天体每天东升西落的错觉拱极星：靠近南北天极，永不落北极星：最靠近北天极，似乎永远 静止不动北极星（北天极）的高度北极星（北天极）的高度 北极星（北天极）相对于地面的高度取决于观测者所在的地理纬度，例如在北京，北极星在正北离地面约40度高的位置地赤道北京：东经116度22分北纬39度58分南北天极：不变的参考点南北天极：不变的参考点 南北天极的高度等于观测者所在地的地理纬度 可幸的

6、是，在北半球，在非常靠近北天极的地方有一颗相当亮的星，即北极星，为我们指引方向 在北半球有些星永远不会东升：居住在北半球的人永远看不到接近南天极的星 居住在南半球的人永远看不到接近北天极的星 可惜的是，南天极附近没有亮星，所以没有“南极星”为南半球居民指引方向（南十字座）天赤道不变的参考点 到天极的弧距离总是90度 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹） 在地球上无论何时何地：天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向总能看到1/2天赤道 在地球两极，天赤道=地平线天顶、地平线和子午线：本地参考系 天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动天顶总是与地平线成 90 度角子午线由南到

7、北平分半个天球 星星的位置相对于天顶和子午线在变：天球在转动观测者在地球上移动 任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置（夜晚的星星，白天的太阳）：中天 天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为：90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角）在北极在北极天顶天顶=北天极北天极 NCP地平线圈地平线圈= =天赤道天赤道地地( (天天) )轴轴所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落头顶北极星在北京在北京! (40N) 90度-纬度= 纬度在在北京：向北京：向东看东看 天体从东偏北方向升起90度-纬度南在在北京：向北京：向西看西看 天体向西偏北方向落下北90-纬度在北在北京向：北

8、京向：北看看 可见北极星和拱极星北天极北天极东东北极星北极星（北天极）高度随地理纬度降低而降低。星星环绕北天极转圆圈北半球可见的恒星视运动北半球可见的恒星视运动北天极附近星星视运动轨迹在地球赤道上在地球赤道上所有星在地平面上12小时所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星”3、地球公转：天体的周年视运动、地球公转：天体的周年视运动斗转星移斗转星移 每晚同一时刻，看到的星空连续变化When the Earth is Here these stars are overhead at midnight When the Earth is Here these stars are overhead a

9、t midnight 黄道（ecliptic）、黄道十二宫（Zodiac） 每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置向东移动直观现象在天球上，恒星的位置及其相对位置（星座图样）是“固定不变的”整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确1. 每昼同一时刻，太阳位置缓慢改变 2. 每晚同一时刻， 星星位置（通过子午线）在缓慢变化3. 每昼同一时刻，太阳位置相对于星星向东缓慢移动黄道：太阳的周年视运动黄道：太阳的周年视运动 地球的公转造成太阳在天球上的位置自西向东缓慢移动（滞后于恒星）再回到原处（相对于背景星）的周期为一年（365.24天） 共走了 360 度 太阳

10、每天向东移动大约1度 2个太阳视直径恒星日与太阳日 Sidereal and Solar Day 太阳日=24小时：太阳连续两次到达子午线的时间 恒星日23小时56分：恒星连续两次到达子午线的时间 一个恒星日比一个太阳日短约4分钟 结论：相对于太阳日：恒星每天升起、上中天和下落的时间都提前约4分钟 恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳公转而变化，为23小时56分恒星日与太阳日的图示解释天体的周年视运动（轨迹？）天体的周年视运动（轨迹？） 星星回归原处的周期为一年 一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2个小时： 30 d 4 分钟/天 = 120 分 = 2 小时 一年后这颗恒星将在同一时

11、刻升起： 2 小时 x 12 月/年 = 24 小时四季更替四季更替 太阳辐射能力（） 日地距离（） 阳光入射角（）错误解释：日地距离的变化错误解释：日地距离的变化 地球公转轨道近似为圆轨道，日地距离的微小变化改变不了地球的温度 南北半球季节应相同Elliptical orbit Far from the Sun, the planet experiences winter Close to the Sun, the planet experiences summer Not! 地球自转轴不垂直黄道面地球自转轴不垂直黄道面 地球的自转轴与其公转轨道面（黄道面）不垂直，成 23.5 度夹角 如果

12、地球自转轴和公转轴平行，就不会有季节!太阳永远位于天赤道上（与黄道重合）Right Angle 季节更替标志：春、秋分，夏、冬至 天赤道与黄道面的夹角为23.5度 相交的两点分别称为春分点和秋分点 在黄道上距春分点和秋分点最远处则称为夏至点和冬至点 在地球绕日运动中太阳东升和西落的方位角不断变化 并造成一年一度四季的更迭 地球气候的改变滞后于地球吸收太阳热量的改变4、天球坐标系、天球坐标系 地平坐标系方位角（地平面，北为0度），地坪高度（距天顶） 赤道坐标系 The equatorial coordinate system地球赤道，北极，南极 天赤道为坐标平面，北天极，南天极 黄道坐标系地球绕

13、太阳运动轨道平面为坐标平面，黄极 银道坐标系银道面为坐标平面，银极角距和角大小角距和角大小 在假想的天球上描述天体相对于参考点的距离（即天体的坐标），天文学家使用“角距离”而非长度单位（千米等） 两个天体之间的距离常用它们与观测者之间的夹角表示，即角距 天体的大小则用天体两个边缘与观测者之间的夹角表示，即角大小：以角度表示的视直径角度、角分、角秒 一个圆周=360角度 1角度 = 60 角分 1 角分 = 60 角秒月亮看起来其实比手指还小地理坐标地理坐标 纬度：从赤道面起算 到北极090o 北纬到南极090o 南纬 经度：从本初经圈（定义零度经线）起算（通过格林尼治天文台）向东，东经0180

14、o 向西，西经0180o 北京：东经116度22分；北纬39度58分 赤道坐标系：地球的经纬线在天球上的投影 因为相对于天极和天赤道，所以每个天体的赤道坐标是唯一的赤道坐标系：赤经和赤纬东 赤纬 Declination (Dec)，常用表示 天赤道 = 0度 北天极 = +90度 南天极 = -90度 从天赤道开始至两极 Dec 90，90 度向北由0度到 +90 度向南由0度到 -90 度赤经 Right Ascension (RA)，常用表示 赤经表示与地球经度（-180至180度）不同 因为地球的自转导致时间自然追踪天体的运动，（即恒星可以用来测量时间），所以时间是计量赤经的自然单位 赤

15、经用小时、分和秒的时间单位来表示，起点为春分点，在天赤道上由西向东由0小时增加到24小时（即“恒星日” 对应太阳日的23小时56分） 地球“24小时”自转一周360度 赤经“1小时”对应地球自转15度赤道坐标系的例子赤道坐标系的例子 北极星 Polaris： RA = 2小时31分，Dec = 89 度15 分 天狼星 Sirius: RA = 6小时45分, Dec = 16度43分东东星图南用时间表示赤经的含义用时间表示赤经的含义 如果某时某刻位于子午线上的恒星的RA=6，那么1,2,个小时后位于子午线上的恒星的RA=7,8, 对于赤经相差1小时的两颗恒星，例如，RA2-RA1= +1小时

16、：恒星1比恒星2早1小时通过你的子午线（上中天）如果不是拱极星，恒星1比恒星2早1小时从东方升起地方恒星时 local sidereal time (为知道每个时刻一颗恒星相对于子午线的位置，定义地方恒星时：一个地方的“子午圈=某赤经”与天球的春分点赤经=0之间的时角赤经差 ) 即：某地某时刻的地方恒星时等于此时刻位于其子午线上的恒星的赤经（天球上与子午线重合的赤经）赤经小于（地方）恒星时的恒星位于子午线以西赤经大于（地方）恒星时的恒星位于子午线以东 地球上每个（经度）地方的恒星时与其经度有关：相同时刻西边的地方恒星时小于东边的地方恒星时的变化规律 地球自转 同一经度的地方恒星时在一个太阳日内

17、随太阳时（时钟）增加而增加 地球绕太阳公转 一个恒星日比一个太阳日短约4分钟 同一经度的地方恒星时相对于相同太阳时（时钟）连续每天增加约4分钟，每月增加约2小时。在某地：如果在9月21日子夜的地方恒星时 0 hr.那么其在12月21日子夜的地方恒星时增加为 6 hr; 恒星时复原的周期为一年，即一年后同一经度恒星时对应相同的太阳时判断恒星是否可见：恒星的时角 一颗恒星的时角、赤经和当地的恒星时之间的关系为恒星时角 = 恒星时 恒星赤经 恒星时 ） 0,恒星在子午线以西（赤经 日全食概率 月球半影直径约7000千米 月球本影宽度约270千米 月球公转速度约3400千米/小时 地球（赤道）自转速度1670千米/小时 地球弯曲表面西“近期近期”中国日全食中国日全食20082008年年8 8月月1 1日（西北地区）日（西北地区）20092009年年7 7月月2222日（长江流域）日（长江流域）20102010年年1 1月月1515日日 日环食日环食20352035年年9 9月月2 2日（北京）日（北京）月食（月食（Lun