地球概论(第一章)

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2.4米、宽2.1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现身，令人叹为观止。据悉，铜壶漏刻是元代齐政楼(即现北京的钟鼓楼)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、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时刻。箭杆还刻有96格，每格为15分钟便自动报时8下。为保证水流不受大气气压的影响，共有24根根据24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(铙神)，它每隔一刻钟会自动击铙8下报时。虽然铜漏刻在中国已有数千年的发明与应用历史，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齿轮的情况下，能每隔一刻钟自动报时8下便成了千古之谜。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，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，让大水斗提供敲击铙神8下的水量，最终实现击铙8下的要求。

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。地球概论广西师范大学环境与资源学院2010.2Credit：2.5Classlength：45hours

(practice)Location：Room306,BuildingNo.2

Instructor:WangYue；YangQinghuaOffice:Room601,Environment&ResourceBuildingTel15277399861Email：454554899@;55755781@RequiredTextbook金祖孟等，地球概论.1997，高等教育出版社References郭瑞涛.地球概论.1988，北京师范大学出版社.徐庆华.地球概论.1991，北京师范大学出版社.彭清玲等.地球概论.1993，西南师范大学出版社.ContentsChapter1地理坐标与天球坐标Chapter2地球的宇宙环境Chapter3地球的运动Chapter4地球运动的地理意义Chapter5地球和月球Chapter6地球的结构和物理性质第一章地理坐标和天球坐标地理坐标天球坐标第一节地理坐标地球上的经纬线经度和纬度地理坐标球面坐标模式一、地球上的经纬线纬线（圈）概念特点赤道极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天文望远镜、星象图和天文钟等地球上的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东：顺地球自转方向西：逆地球自转方向•oNSABC练习二、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。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。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。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。方向的练习判断下二图中，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ各位于Ａ点的什么方向？

NSB·A·C·D·E·A·B·C·D·E·二、经度和纬度纬度（φ）线面角度量方向同一纬线上具有相同的纬度经度（λ）两面角度量方向同一经线上具有相同的经度•oNS40ºN120ºEA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。三、地理坐标概念用经度和纬度来表示某地地理位置的方法。•oNS书写格式纬度在前，经度在后数字在前，符号在后练习AA(40ºN,120ºE)四、球面坐标模式•o基圈度量纬度的起点，经度也是度量它的一段弧

辅圈垂直于基圈的大圆

纬度球面上任一点相对于基圈的方向和角距离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如以通过北京（1160E）的经线为本初子午线，那么，现在的00经线的经度将是多少？如以现在的1200E经线为本初子午线，那么，上海（1210E）的经度将是多少？亚洲大陆最北点纬度为77043′N，最南点纬度为1017′N，最东点经度为169040′W，最西点经度为26003′E。求亚洲大陆东西的经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。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：天球的概念天球：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。

天球上的圈和点地平圈天顶天底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。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。><^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，后者向西。PP´天球上的几个圈和点天赤道春分点秋分点K´K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）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。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。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。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。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。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）。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”）。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”）。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”）。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底东点西点天北极天南极南点北点黄北极黄南极上点下点举出下列天球大圆的交点子午圈与地平圈子午圈与天赤道子午圈与卯酉圈天赤道与地平圈天赤道与黄道南点北点上点下点天顶天底东点西点春分点秋分点试推算二分二至时太阳的黄道坐标和赤道坐标

太阳黄纬太阳黄经太阳赤纬太阳赤经春分夏至秋分

冬至

0°90°