地球概论第一章

第一节地理坐标第一章地理坐标与天球坐标连进元101-经线和纬线在地球上是通过建立经纬网来确定地球上任一点的位置。大圆与小圆：任意平面与球面相截的图形都是圆，以球心为圆心的圆为大圆，其它的为小圆。地球是一个球体，地球的球心叫地心。地球并不是固定不动的，而是在围绕着过地心的一个轴在旋转，这种旋转叫地球的自转。其旋转轴叫地轴。地轴与地面相交与两点，这两点叫地球的两极。一点称为地球北极，一点称为地球南极。一、纬线：一切与地轴垂直的平面与地面相切割而成的圆，都是纬线。通过地心，同地轴垂直的平面同地表相交的大圆，叫做赤道。赤道把地球等分为两个相等的半球，北极所在半球为北半球，南极所在半球为南半球赤道是纬线圈中唯一的大圆。其他纬线离赤道越远就越小，在两极成为两点。二、经线过地轴的平面与地面相割而成的圆都是经圈，一切经圈都是大圆。两级把经圈等分为两个180°的半圆，这样的半圆叫经线。101---2地球上的方向和距离一、地球上的方向经线的方向是南北方向，向南就是沿经线指向南极的方向。向北就是沿经线指向北极方向。东西方向是同南北方向相垂直的纬线方向。其中与地球自转一致的方向为东另一方为西。我们称为地球的自转是自西向东的。如果在北极上空看地球自转地球自转方向是逆时针的。圆是没有起点和终点的。但是人们在实际应用时总是采用最短的路线。东西方向是无限方向。所以任一点只能位于另一点的东方或西方二、球面上的距离球面上两点可以做无数个平面，也就是说两点间可以画无数条圆弧曲线，其中过球心的大圆在两点间的短弧是球面上最近的距离。球面上两点的距离是指过两点的大圆上的短弧的长度。航空和航海所走的路线均是大圆短弧。近代科学家在搞清了地球圆周的基础上，创造了一批新型的长度单位。1海里=经线一分的长度赤道全长=21600海里法国人把圆周分为400°,一度=一百分,每一分叫一公里所以地球赤道的周长=400×100=40000km1°的长度=40000/360°=111.1km102经度和纬度一、纬度纬度（）：纬度是一种线面角。其中的面就是赤道平面，其中的线是垂直于当地的地面法线，两者的夹角就是所在地的纬度。赤道纬度是0°，赤道以北是北纬，用N表示，北纬的范围是0°--90°；赤道以南是南纬，用S表示，范围也是0°--90°。同一纬线上各点的纬度相同。二、经度经度（λ）是一种两面角。在1884年有关的国际会议决定通过英国格林威治天文台的经线为本初子午线。经度：通过某地的经线与本初子午面的夹角为该地经度。经度通常在赤道上度量，以本初子午面为起始面，以东为东经（E）,以西为西经（W），东西经各分180度。同一经线上的各点的经度都相同。102-2地理坐标用纬度和经度标示一个地点在地面上的位置，叫做该地的地理座标；度量全球各地的地理坐标需要一个统一的制度就叫地理坐标系。。地理上，书写地理坐标时：先纬度，后经度；数字在先，符号在后。例如：北京（39o57’N,116oE）石家庄（38o02’N，114o30’E）第二节天球坐标

103天球

103---1天球和天穹

一、天球：人眼所能直接观测到的半球形天空叫天穹。可以想象，地球的另一面还有一个半球形的天空，与天穹组成完整的球形，这个球形我们就称为天球。为了讨论问题的方便，我们具体定义为：以某一点为球心，以无限为半径的球形天空叫天球。天球根据球心不同，可以分为地心天球和日心天球。二、天球上的大圆与小圆。大圆：过天球球心的平面与天球球面相交而成的圆，其余都是小圆。103—2天球的视运动天球的周日视运动地轴无限延伸与天球有两个交点，这两个点叫做天南极和天北极。天体周日运动的路线叫周日圈。地球在自转的同时，还绕太阳公转。地球公转的方向与其自转的方向相同，都是自西向东。这种运动同样不能被感觉到的。人们感觉到的是太阳在天球上的周年视运动。太阳的一年一周的视运动叫太阳的周年视运动。太阳的周年视运动，很长时间内被认为是太阳的真实运动。人们把太阳在天球上的运动路线开始用黄线标出叫黄道。（我们也把地球绕太阳公转的轨道在天球上的投影叫黄道，是同一个大圆。）从观测夜半中星的变化，间接推出太阳的运动。夜半中星的位置推知太阳的位置。天空中的太阳同时参与两种运动，一种是由于地球自转的向西周日运动。另一种是由于地球公转表现为相对于恒星的运动。夜半中星的季节变化，是地球公转的反映地球自转，向东天球周日运动，向西地球公转，向东太阳周年运动，向东地球太阳太阳590分10天后3—3天球上的圆和点一、大圆和它的极点球面上以球心为圆心的圆就是大圆。过球心垂直于大圆作垂线，与天球相交于两点，此两点就是该大圆的极点。二、与天球坐标系相联系的几个大圆以及它们的两极1、地平圈：地平面的无限延伸与天球相交所组成的圆。两极垂直于当地的铅垂线与天球相交的两点，一点称作天底，一点称作天顶，分别用Z,Z`表示。不同的地点有不同的地平圈。天底天顶地平圈天北极天赤道北西南东下点上点天赤道和地平圈大圆交点：东点和西点远距点：北点和南点

上点和下点

（Q）（Q’）2、天赤道：地球赤道平面无限扩大，同天球相交而成的天球大圆，它把天球分成南北两半天球它的两极叫天北极和天南极，用P,P`表示。3、赤道：是地球绕日公转轨道无限延伸，同天球相交而成的天球大圆。黄道的两季是黄北极和黄南极，用K,K`表示。天南极天北极天赤道黄北极黄南极黄道春分点秋分点冬至点夏至点黄道和天赤道大圆交点：春分点和秋分点远距点：夏至点和冬至点无名点三、大圆相交1、球面上两个大圆相交必互相等分。2、有两交点，同时各有一对大距点，交点与大距点的间隔为90°黄道与天赤道成23°26`的交角。（成黄赤交角）它们的两个交点称为二分点。黄道对于天赤道的升交点（从赤道以南进入赤道以北）叫春分点，降交电为秋分点。黄道上的两个大距点称二至点。北至点为夏至点，南至点为冬至点。天赤道对于黄道的两个远距点称为无名点。103-4天球上的方向和距离地球上的经线与纬线无限扩大，与天球相交，其交线就是天球的经线和纬线，其方向就是天球的经纬线方向。在天球上也有距离，但是反应天体之间的角距离，而不是反映线距离。天球上，只有角距离，没有线距离104天球坐标

104-1天球坐标系概说一、天球坐标系的共同特点一 切球面坐标系都有共同的特点，它们都具有基圈、两极、始圈、原点、辅圈、终圈。基圈：任何一个球面坐标系都有一个基本的大圆称基圈。地理坐标系的基圈是地球的赤道，它是地理坐标系的纬度度量的起点。两极：过基圈圆心与基圈所在平面垂直的直线与球面相交的两点为基圈的两极。（地理坐标系的两极是地球的两极）辅圈：是通过基圈的两极，且垂直于基圈的大圆，地理坐标系的经圈。始圈：是经度量的起始圈，相当于地理坐标系重的本初子午线。终圈：是经度度量的终线圈。二、地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；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三、右旋坐标系坐标系右旋坐标系与天球的周日运动相联系，经度向西度量：地坪坐标系和第一赤道坐标系。左旋坐标系，与太阳的周年运动(地球公转)相联系,经度向东度量，有第二赤道坐标系和黄道坐标系。各坐标系的命名，都是依据基圈命名的。104-2地平坐标系：高度和方位四正点：上点、下点一、圆圈系统地平坐标系同地平圈相联系，地平圈的两极是天顶、天底。通过天顶，天底且垂直于地平圈的一切大圆是它的绕圈，称地平经圈。一切与地平圈平行的圆是它的地平纬圈。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：高度和方位二、基本要点1、它的基圈是地平圈。2、它的原点。为南点，始圈为午圈。3、它的纬度，地平纬度称高度（h）是天体相对于地平圈的方向和角距离。4它的经度，地平经度称为方位（a）。方位以南点为起点，沿地平圈向西度量。0°--360°三、用途：是用来表示天体在空中的方位和高度及周日变化。如太阳的周日运动。104—3第一赤道坐标系：赤纬和时角一、圆圈系统天赤道为基圈，两极是天南极和天北极。通过天南极和天北极垂直于天赤道的一切大圆是它的经圈，称赤道经圈，简称赤经圈。四正点和上下点。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。二、基本要点：1、基圈：天赤道；2、原点：上点Q；始圈：午圈；3、第一赤道坐标系纬度的赤纬；赤纬的余角叫极距。4、第一赤道坐标系的经度叫时角，经圈又称时圈，时角的单位采用时间单位。24h=360°1时=15°.h\m\s分别为时、分、秒。三、用途：用于时间度量。太阳的时角=时间－12h图1-17（下）天体第一赤道坐标系：赤纬和时角104-4第二赤道座标系（赤纬和赤经）

一、圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；图左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。

二、基本要点：1、基圈：天赤道；2、原点：春分点；始圈：春分圈；3、第二赤道座标系的纬度是赤纬与第一坐标系相同。4、第二赤道座标系的经度是赤经，是天体所在时圈相对于春分圈的方向和角距离。赤经以春分点为起点，沿天赤道向东度量0h—24h三

、用途：表示天体在天球上相对不变的的位置，用于编制星表。图1-19（上）天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经104-5黄道坐标系：黄纬和黄经一、圆圈系统二、基本要点1、基圈：黄道2、原点：春分点，始圈是无名圈(过γ的黄经圈)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。3、黄道坐标系的纬度称黄纬，（β）是天体相对于黄道的方向和角距离。黄纬自黄道起沿天体所在的黄经圈向南北两个方向度量。黄道以北为正，以南为负，0°——+_90°.4、黄道坐标系的经度称为黄经（λ）,是天体所在的黄经圈相对于春分点所在的黄经圈的方向和角距离。黄经以春分点为起点向东度量0°—360°三、用途：表示日、月、行星在天球上的位置和运动，如太阳黄纬为0°，黄经每日增加约1°。图1-21（下）天体的黄道坐标系：黄纬和黄经

104-6各种天球座标的区别：一、地平坐标系和第一赤道坐标系：

1、两种坐标系都通过地平圈与天赤道相互联系而建立起来的。2、这两种坐标系都属于右旋坐标系，它们的经度（方位、时角）都是向西度量，而且二者都以子午圈为始圈。基圈始圈原点经度度量方向地平坐标系地平圈午圈南点向西第一赤道坐标系天赤道上点3、但是前者以地平圈、后者以天赤道为基圈。因而以S、Q为原点，这样天体的高度不同于赤纬，方位也不同于时角。4、它们之间的具体差异，与当地的纬度有关，纬度愈高，二者愈近。5体现在、地平坐标系与第一赤道坐标系的联系，有如下关系：、

仰极高度＝天顶赤纬＝当地纬度仰极高度天顶赤纬当地纬度

二、第二赤道坐标系和黄道坐标系1、两种坐标系都是以天赤道和黄道结合而建立起来的。2、它们都是左旋坐标系它们的经度（赤经和黄经）都是向东度量。3、它们有共同的原点，(春分点)基圈始圈原点经度度量方向第二赤道坐标系天赤道春分圈春分点向东黄道坐标系黄道无名圈4、但是前者以天赤道为基圈，因而以春分圈为始圈；后者以黄道为基圈，因而以无名圈为始圈。这样天体的赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。它们之间的差异，与黄赤交角有关。

摄动：一个天体绕另一个天体运行是，因受别的天的吸引，它的轨道要素和位置产生的偏差。黄赤交角每世纪减少约47``将延续15000年后转为增大。从1984年起采用其约数23°26`。三、第一赤道座标系和第二赤道座标系：1、这两种坐标系都以天赤道为基圈，因而有共同的纬度（赤纬）2、第一赤道坐标系，以午圈为始圈，其经度（时角）自上点向西度量。第二赤道坐标系以春分圈为始圈，自春分点向东度量。所以天体的时角不同于赤经，二者的具体差异同当时的恒星时有关。基圈始圈原点经度度量方向第一赤道坐标系天赤道午圈上点向西（时角）第二赤道坐标系春分圈春分点向东（赤经）春分点的时角用来表示恒星时，S=tγ对于任一恒星来说：S=tγ=t☆+α☆当恒星上中天时 t☆=0∴S=α☆ ∴任何时刻的恒星时，等于当时的上中天恒星的赤经。第五节月球和地月系205月球它是地球的唯一卫星。月球对人类有较大的影响，历法、日月食、潮汐现象等。205-1月球的距离和大小一、月地距离目前对月地距离的测定是用雷达测距和激光测距。月地平均距离：384000公里；二、月球大小Rd=dsin15`13`=1738公里；15′33″dr38.4万千米38.4万千米13.5天80天11年1.3秒1.3秒三、月球质量：1、先求地球的质量。月球绕地球的公转的向心力=地球对月球的吸引力。∴Gmθ/R月地=V2∴mθ=V2R/GV为月地旋转的平均线速度。据此可求的地球质量。2、求月球质量据牛顿修订后的开普勒第三定律：T地日2（mθ+m）/T月地2（mθ+mD）=a日地3/a月地3求得月球的质量为7.196×1022kg，是地球质量的1/81.3。四、月球的密度月球的平均密度：3.341g/cm3。约为地球平均密度的60.5%五、月面的重力加速度gD=Gmθ/R月2（单位质量的物体所受引力）求得g=1.622m./s2=1/6gθ一、月球上的“海”肉眼所能见到的月面上的阴暗地区曾被认为是水面覆盖，所以被称为“海”/“洋”。实际上，月球上并没有水。所谓海是由熔岩流形成的颜色较深的地区。二、月陆月陆比较明亮的部分叫月陆。一般比月海高2—3km，因反射率高因而显得明亮。三、环形山在月面上有一种中部低陷，周围隆起的地区，叫做环形山或月坑。无论是在月陆或海部都有环形山，数量很多，总数达33000个以上。环形山的中间是圆形的平地，或有小的山峰。内侧陡峭，外侧平缓。环形山的大小十分悬殊，大的直径可达100-200km，小的直径仅有几十cm。环形山的命令多数以天文学家或其他科学家的名字命名，如第谷、哥白尼、开普勒等。环形山是月面上最主要的特征，它的成因有两种说法，一是陨石撞击月面的结果，这是由于它外观像陨坑。另一种认为是火山活动的遗迹。，外观像火山口。环形山、月坑环形山四、月球上的山：月球上有连绵高峻的山脉，高度达7000---8000m，这些山脉的名称，多半是早期天文观测家仿照地球上的山脉命名的。如亚平宁山脉，阿尔卑斯山脉等，最长的亚平宁山脉长达1000km。五、辐射纹山谷月面上还有一些亮线和暗线，亮线叫辐射纹，是从大环形山向四周辐射的明亮线条，可以穿过山脉、月海、延伸达数千km。它们可能是环形山中抛出的辐散堆积的薄层；暗线是深陷的裂谷，被叫做月谷。辐射纹（亮线）月谷（暗线）205-3月面的物理状况一、月面的物理状况逃逸速度：也叫脱离速度，在天体引力场内，要使物体具有摆脱该天体引力飞往行星际空间，必须具有的初始速度最小值。地球表面的物体的逃逸速度为11.2km/s。月球表面的逃逸速度为2.4km/s。氧和氮气分子的运动速度在常温下就能超过这个速度，所以月球表面没有大气。因为没有大气，所以产生以下现象：1）、在月球上是寂静无声的；2）、天空是黑色的，白天也可以看到星，但它没有闪烁的现象；3）、也没有晨昏蒙影；4）、无法保持水分，在月球上就无所谓云雾，更无所为雨雪；5）、月面温度变化剧烈。二、月球内部结构月球可以分为月壳、月幔和月核三个同心圆层，月壳厚60km，月幔60-----1000km，1000km以下为月核。月球几乎没有磁场，也没有磁层。206----地月系

206—地月系的绕转一、月球公转轨道地月系：月球绕转地球，构成一个天体系统叫地月系。求其公共质心：月、地质量以知，月地距离以知：∴m地（a-x）=m月xx=4671kmx<R月∴通常b把地月系的共同运动，看成是月球绕地球的运动。

月球绕地球公转的轨道是一个椭圆。月球和地球都绕它们的共同质心而运动二、白道月球绕地球运动的轨道在天球上的投影叫白道。它和黄道（地球绕太阳公转在天球上的投影）的交角平均是5°9′（4°50′----5°20′）白道和黄道有两个交点，一个是升交点，（）即月球从黄道以南进入黄道以北的交点；一个是降交点，即月球从黄道以北进入黄道以南和黄道的交点。交点不停的沿着黄道向西(与月球公转相反的方向)）运动，每月约1.6°，每年约19.4°。经过18.6年，交点又回到它原来的位置。由于黄白交点的移动，黄赤交角不断变化，月球赤纬最大变化在±（23°26′+5°9′）=±28°35′；月球赤纬最小，是±18°17′。因此同太阳比，月球的地平高度变化幅度要大一些。三、月球的自传月球的自转有相同的方向和周期，这种自转叫与其公转同步自转。所以月球总是以同一面对着地球。原因：地球引潮力。图2-19月球的同步自转，使它始终以同一半球对着地球地球206—2月相和朔望月一、月相我们把月球的圆缺变化叫