太原理工大学地理学基础-自然地理学第一章第二节地球的运动(二)

十二地支表示地平方向天球的基本点和圈球面坐标系的一般模式地平坐标系：高度和方位第一赤道坐标系：赤纬和时角第二赤道坐标系：赤纬和赤经黄道坐标系：黄纬和黄经地平坐标系与第一赤道坐标系仰极高度与天顶赤纬第一赤道坐标系与黄道坐标系第一赤道坐标系与第二赤道坐标系类别地平坐标系第一赤道坐标系第二赤道坐标系黄道坐标系基圈地平圈东西南北点天赤道上点下点天赤道春分点秋分点黄道二分二至点两极天顶、天底天北极、天南极天北极、天南极黄北极、黄南极轴当地垂线天轴天轴黄轴辅圈平经圈子午圈卯酉圈时圈子午圈六时圈时圈二分二至圈黄经圈无名二至圈始圈午圈午圈春分圈无名圈原点南点上点春分点春分点纬度高度赤纬赤纬黄经经度方位向西度量时角向西度量赤经向东度量黄经向东度量举出下列天球大圆的两极：地平圈:天顶、天底

子午圈:东点、西点

天赤道:天南极、天北极

卯酉圈:南点、北点

黄道:黄南极、黄北极六时圈:上点、下点

（二）地球自转的规律1.地球自转的方向2.地球自转的周期3.地球自转的速度地球自转的方向地球自转的方向可以通过右手法则认记：设想右手握着地轴，大拇指竖直指向北极星，四指指的方向则代表地球的自转方向。日月星辰的周日视运动是自东向西的。在北极上空看地球自转，是逆时针方向的，而在南极上空看地球自转则是顺时针方向的。地球自转的周期(1)恒星日：以天球上的某恒星为参考点，地球上某地经线连续两次通过同一恒星与地心连线的时间间隔。时间为23h56m4s。(2)太阳日：以太阳视圆面的中心作为参考点，地球上某地经线连续两次通过日地中心连线的时间间隔。时间为24h，是地球昼夜更替的周期。(3)太阴日：以月球中心作为参考点，地球上某地经线连续两次通过月地中心连线的时间间隔。时间为24h50m，是潮汐日变化的周期。

二、地球的公转运动

(一)天球坐标

1．天球的概念天球是以观测者为中心，任意远为半径的假想球面。由于天球半径是任意的，于是球心可根据观测需要而选定，通常以地面观测者所在位置作为球心。为了便于研究问题，有时需将球心取在地球中心或太阳中心，这样的天球，分别称为地心天球或日心天球。

2、天球的基本点和圈(1)天顶和地平圈。如图2.33所示，过天球中心，垂直于观测者铅垂线的平面，与天球相交的大圆，叫做地平圈SWNE。铅垂线向上和向下延长，与天球的交点，分别叫做天顶(Z)和天底(Z’)。地平圈把天球分成可见天球和不可见天球。

(2)天极和天赤道。天轴(地轴的延长线)与天球的交点，叫做天极，与地球北极正对的为北天极(P)，与地球南极正对的是南天极(P')。通过天球中心与天轴垂直的平面和天球相交的大圆，叫做天赤道QWQ’E(图2.33)。天赤道把天球分成南、北两半球。显然，天赤道平面同地球的赤道平面或者重合(地心天球)或者平行(日心天球)。(3)天子午圈和四方点。通过天顶、天底和天极的大圆，叫做天子午圈(图2.33)。它被P，P'分成两半，天顶所在的一半，叫做午圈，天底所在的一半叫做子圈。天子午圈与地平圈相交于北(N)、南(S)两点，其中北点靠近北天极，南点靠近南天极；天赤道与地平圈相交于东(E)、西(W)两点。东、南、西、北点代表当地的东南西北四个方向，叫做四方点。天子午圈与天赤道相交于Q(上点)和Q’(下点)，它们分别位于可见天球和不可见天球。天体过天子午圈的瞬间叫中天，其中过午圈的瞬间为上中天，过子圈的瞬间为下中天。

(4)黄道和春分点。如图2.34，地球的轨道平面无限扩大与天球相交的大圆，叫做黄道，是地球轨道的日心天球投影，它与天赤道有23°26’的交角。距黄道最远的两点叫做黄极，其中近北天极的叫北黄极(K)，近南天极的叫南黄极(K')。黄道与天赤道相交有两个点，其中太阳自西向东作周年视运动时，从南半天球进入北半天球时的交点，叫做春分点(r)，从北半天球进入南半天球的交点叫做秋分点；在黄道上最北的点叫做夏至点，最南的叫冬至点(图2.35)。3．天球坐标系(1)地平坐标系取地平圈为基本圈的天球坐标系是地平坐标系，天顶(Z)和天底(Z‘)是它的极。过天顶和天底的大圆是地平经圈，有无数个，子午圈就是一个地平经圈，它被Z和Z’平分为以北点为中心的午圈和以南点为中心的子圈。S点是地平经圈的原点(图2.36)。

地平坐标系的坐标是方位(A)和高度(h)。方位是天体相对于午圈的方向和角距离，是过天体M的地平经圈平面与午圈平面之间的夹角，即之<SOM'，从南点开始，向西顺时针量度，从0°到360°。高度是天体M相对于地平圈的方向和角距离，即<MOM’，从地平圈开始，向天顶方向量度为正，向天底为负，从0°到90°。高度的余角为天顶距(Z)。由于天球的周日运动和地平坐标系本身有明显的地方性，因此同一天体的方位和高度随时间而不同，随地点而变化。

(2)第一赤道坐标系取天赤道为基本圈的天球坐标系是赤道坐标系，北天极(P)和南天极(P')是它的极。以上点(Q)为原点的赤道坐标系，为第一赤道坐标系，又称时角坐标系。过北天极和南天极的大圆是时圈，其中过Q，Q'的时圈为天子午圈，它被P，P'分为以Q为中点的午圈和Q'所在的子圈。

时角坐标系的坐标是时角(t)和赤纬(δ)。时角是天体相对于午圈的方位和角距离，是过天体M的时圈平面与午圈平面之间的夹角，即<QOM'(图2.37)，从Q(或午圈)开始，向西顺时针量度，从0h到24h，或从0°到360°。赤纬是天体相对于天赤道的方向和角距离。是天体M与地心连线与天赤道平面之间的夹角，即<M'OM，从天赤道开始向北天极方向量度为正，向南天极为负，从0°到90°。由于时角以Q为起算点，午圈是因地而异的，故时角因地而变，在同一地点，由于地球自转，天体的时角是与时间同步增长，因而常用于测定时间。(3)第二赤道坐标系以春分点r为原点的赤道坐标系，为第二赤道坐标系。过P，P’的大圆是赤经圈，其中过春分点和秋分点的赤经圈为二分圈，它被P，P’分成两半，含春分点的一半叫春分圈。

第二赤道坐标系的坐标是赤经(α)和赤纬(δ)。赤经是天体相对于春分圈的方向和角距离，是过天体的赤经圈平面与春分圈平面之间的夹角，即rOM'(图2.38)，从r(或春分圈)开始，向东逆时针量度。从0°到360°，或从0h到24h。

赤纬的定义、量度等与时角坐标系相同。由于天体的赤经、赤纬较为稳定，它不因观测位置和天体的周日运动而发生变化，因此常用于编制星表、星图。(4)黄道坐标系取黄道为基本圈的天球坐标系是黄道坐标系，北黄极(K)和南黄极(K’)是它的极。过K，K’的大圆是黄经圈。黄道坐标系的坐标是黄经(λ)和黄纬(β)。黄经是天体相对于春分点所在的黄经圈的方向和角距离，是过天体M的黄经圈与过春分点所在的黄经圈的夹角，即之<rOM'(图2.39)，从春分点开始，向东逆时针量度，从0°到360°。黄纬是天体相对于黄道的方向和角距离，即之<M'OM，从黄道开始向北黄极为正，向南黄极为负，从0°到90°。黄纬与黄经不因时、因地而改变，常用于表示太阳系内天体的位置。(二)地球公转的证明1543年哥白尼在《天体运行论》中，并没有为地球的公转提出直接的证据。此后天文学家在1837年用恒星的视差位移，雄辩地证明了地球的公转运动。(1)恒星的视差位移现象是指在地球上观察近距离的恒星时，由于地球的公转运动导致该恒星相对天球背景发生视位移的现象(如图2.40的A‘B’位移)。地球在半年的空间位移(AB)虽然十分巨大(近3亿km)，但相比之下，恒星的距离更为遥远(最近的比邻星其距离为地球轨道半径的27万倍)，因此恒星的视差位移是极为微小的，难以观察的。

(2)恒星的周年视差是指地球轨道半径(a)对于某恒星的最大张角叫该恒星的周年视差(即图中的Л角)。在直角三角形MSA中：sinЛ

＝α/D式中D为星地距离，由于Л角很小，可用Л角的弧度值代表其正弦值，有：Л=α/D（弧度）

因为：1弧度＝206265"，将Л角的单位由弧度化为角秒得：Л"=206265α/D天文学上把206265α定义为一种长度单位，称作秒差距(PC)，1秒差距＝3.26光年。即：206265α＝1秒差距(PC)＝3.26光年，故上式可写为：D=1/Л"(PC)＝3.26/Л"(光年)从公式可知：如果恒星的距离用秒差距表示，恰好等于该恒星周年视差角秒值的倒数。1837年德国天文学家贝塞尔率先测出天鹅座61的周年视差值为0.3”(实为0.29")，次年12月便向世人宣布了他的测量结果，从而证实了地球的公转运动。举出下列天球大圆的交点：子午圈与地平圈

北点、南点

子午圈与天赤道

上点、下点

子午圈与卯酉圈

天顶、天底

子午圈与六时圈

天南极、天北极

天赤道与黄道

春分点、秋分点

天赤道与地平圈

东点、西点

（三）地球公转的规律地球公转的轨道近日点，远日点，黄赤交角地球公转的周期恒星年，回归年，食年地球公转的速度近日点公转速度快远日点公转速度慢四季的变化正午太阳高度角的周年变化h=90°－｜φ－δ⊙｜hφ

δ⊙

N(3)协调世界时(UTC)

为了不失原子钟的精确稳定，又能使之尽量与地球自转同步，科学家采用了协调世界时。

协调办法：①规定1958年1月1日0时的瞬间原子时的起点与世界时重合；60年代采用每年修正原子秒长的办法使协调世界与世界时的时刻保持在0.1秒之内。②协调世界时采用精确稳定的原子秒长，与原子时的差值为完整的秒数（秒以下的小数始终与原子时相同），协调世界时与世界时的差值始终保持在±0.9秒之内。当超出这一限度时，协调世界时便自动跳秒（闰秒），以适应地球自转速度的变化。（一）时间(1)世界时(UT)1928年国际天文联合会决定将零时区的区时（本初子午线的地方平时）称为世界时。

它是以地球自转钟所计量的地方平太阳时。(2)原子时(IAT)

利用原子稳定的电磁震荡周期所计量的时间历法概述历法是根据日、月的运行规律安排年历的法则。编历原则：力求在尽可能短的协调周期内，使历年、历月的平均日数，与日、月运动周期的精确日数相等或尽量接近。

①太阴历：依据月相变化周期制定的历法，

简称阴历或回历。历月与月相对应，但历年的月序却与季节不相关。游牧民族的穆斯林国家或地区仍然沿用

②太阳历：依据太阳回归周期制定的历法，

简称阳历或公历。历年的月序却与季节相对应，但历月与日序与月相不相关。国际通用历法

③阴阳历：既依据月相周期，又协调太阳回归周期制定的历法，又称农历、旧历或夏历。历月与月相对应，但历年的月序也与季节相对应。

中国仍然沿用

阴历（1）历月阴历安排历月的天文依据是，朔望月29.5306日，故小月取29日，大月取30日；阴历编制的协调周期为360个朔望月（即30个太阴年），在协调周期内应安排的大月总数为191个，小月总数为169个；大小月的安排：每年月序逢单大月，逢双小月；历月的平均值为29.53055日。（2）历年阴历安排月数的天文依据是，回归年与朔望月的比值为12.3，取整后一个太阴年定为12个朔望月。太阳年的精确日数＝12×29.5306＝354.367日。于是平年为354日，闰年为355日，在协调周期中闰年数为11个，平年数为19个。(3)阴历年的置闰：在30个太阴年的序号中：2,5,7,10,13,16,18,21,24,26,28为闰年，而闰年的闰日安排在12月的最后一天（变为大月30天）。这样平年为6个大月，6个小月，而闰年7个大月，5个小月。阳历（1）历月阳历安排月数的天文依据是，回归年与朔望月的比值为12.3，取整后一个历年定为12个月。历月的平均日数＝365.2422/12＝30.4368日；于是大月定为31天，小月定为30天。大小月的安排：7个大月（1,3,5,7,8,10,12），5个小月（2,4,6,9,11）。（2）历年阳历即现行公历，又叫格里历。阳历的天文依据是，回归年为365.2422日，于是平年为365日，闰年为366日。阳历的协调期为400个回归年。其中应安排的闰年总数为97个，平年数为303个。历年的岁首定在冬至后的第十天。