天文学导论第1讲-天体的视运动

天文学导论第1讲天体的视运动本讲内容星座与星图地球自转：天体的周日视运动地球公转：天体的周年视运动天体的赤道坐标系、恒星时地球自转轴进动与岁差月相日月食教材阅读Chapter2：PatternsintheSky—MotionsofEarthAPPENDIX6：ObservingtheSkyA-161、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α星附录五：亮星表附录六：星座昴星团M45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？埃及，公元前1275年中国，公元840年欧洲，公元1540年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昴星团M452、地球自转：天体的周日视运动坐地日行八万里巡天遥看一千河天体的周日视运动每天，太阳、月球以及星星都东升西落，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，笼盖四野天顶子午线南北地平面（圈）

东西头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间天球（celestialsphere）太阳的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（thesolarday），即我们的一天世界时UniversalTime(UT)天文事件通常用世界时（UT）或

CoordinatedUniversalTime(UTC)，近似为thelocaltimeforGreenwich（theGreenwichMeanTime(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”正午天球北极南极赤道北天极南天极天赤道东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上，而地球则孤悬于天球的中央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）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的高度等于观测者所在地的地理纬度可幸的是，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）在北极天顶=北天极NCP地平线圈=天赤道地(天)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!(40°N)90度-纬度=纬度在北京：向东看天体从东偏北方向升起90度-纬度南在北京：向西看天体向西偏北方向落下北90-纬度在北京向：北看可见北极星和拱极星北天极东北极星北极星（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天极附近星星视运动轨迹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：天体的周年视运动斗转星移每晚同一时刻，看到的星空连续变化黄道（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每昼同一时刻，太阳位置缓慢改变

每晚同一时刻，星星位置（通过子午线）在缓慢变化每昼同一时刻，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度太阳每天向东移动大约1度~2个太阳视直径恒星日与太阳日SiderealandSolarDay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？）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：

30d×4分钟/天

=120分

=2小时一年后这颗恒星将在同一时刻升起：

2小时

x12月/年

=24小时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）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Theequatorialcoordinatesystem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纬度：从赤道面起算到北极0～90o北纬到南极0～－90o

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0～180o向西，西经0～180o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δ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RightAscension(RA)，常用α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分东星图南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：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localsiderealtime(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0hr.那么其在12月21日子夜的地方恒星时增加为6hr;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τ、赤经α和当地的恒星时θ之间的关系为恒星时角τ=恒星时θ−恒星赤经α

τ<0,恒星在子午线以东（赤经α>恒星时θ）τ>0,恒星在子午线以西（赤经α<恒星时θ）通过确定当地的恒星时和当地的纬度可以计算出哪些星正好在地平线以上及其高度例子：天狼星何时可见？RA=6小时45分,Dec=–16度43分某地某时刻的地方恒星时为7小时，天狼星的位置在子午线以西15分，天赤道以南16度43分的地方那么，半年后的同地同时刻的地方恒星时大约是多少？此地那时晚上能否看到天狼星？答案：地方恒星时为19小时天狼星的时角=19小时-6小时45分=12小时15分晚上不可见(白天“可见”)如何估算北京的地方恒星时参考起点：已知太阳在春分（夏至、秋分、冬至）时的视赤经+恒星时定义东经120度正午12点的地方恒星时换算为晚上某时刻的换算为某天的换算为北京经度的地方恒星时：5、地球自转轴的进动与岁差地球自转轴进动周期~26,000年北天极的位置以北黄极为中心画一大圆北极星是轮换的天赤道移动：岁差（黄道固定+）天赤道移动春（秋）分点缓慢向西移动，每26,000年沿天赤道巡回一圈岁差：每年的二分点提前来临（季节移动？）东太⊙阳赤经和赤纬的改正恒星的赤经和赤纬坐标以26000年为周期在非常缓慢地变化赤经和赤纬每100年大约变化1.4度，即恒星的赤经每20年增加约1分恒星的赤经和赤纬应标明年份，如公元1950.0年,或2000.0年尽管在短期内改正微小，但对精确观测或经过相当长一段时间（如50年）这种改正效应是显著的6、月球运动与月相月球总是同一面对着地球同步自转：月球的自转周期==月球的公转周期月亮的会合周期(synodicperiod)

：新（满）月到新（满）月，~29.53天月相thechangingphasesoftheMoon月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小月相与月亮位置（升起、经过子午线、下落的时间）天球上，月球相对于背景恒星的视运动新月非新月!再次新月月球的恒星周期(siderealperiod)月球相对于背景恒星也向东漂移，但月亮的漂移非常快，一天大约13度月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.32天，即月球的恒星周期月球绕地球的公转周期:会合周期

~29.53天？

恒星周期

~27.23天？7、（日月）食：通过阴影日食：地球通过月球的阴影日全食（totalsolareclipse）日偏食（partialsolareclipse）日环食（annularsolareclipse）本影半影日全食月球和太阳的视大小几乎相同日全食奇景：钻石环接近日全食的時候，由於月球的邊緣丁點的凹凸不平，部分太陽光線會在凹位漏了出來，形成不連續的光點。在日全食前的一刻﹐我們只能見到太陽的極小部分﹐如下圖所示﹐這個現象稱為鑽石環（贝利珠）日全食時，天昏地暗，宛如暮色朧合四野，天上你可看見亮星和行星，太陽表面由於被月球完全掩蓋，原本非常暗淡的日冕這時清晰可見。一般來說，日全食過程約維持兩分鐘左右