第一章地理坐标与天球坐标(2012级用)

地球概论廉丽姝曲阜师范大学地理与旅游学院llsh8210@163.com2/5/20231引言课程的性质、内容与学习目的2/5/20232课程介绍1、课程性质：《地球概论》是高等师范院校地理科学类专业的一门学科基础课程2、主要内容：关于行星地球的基础知识，包括两部分：地球天文学和地球物理学。前者主要是讲解地球宇宙环境、地球运动及其地理意义，及地球和月球的关系，而以地球、太阳、月球的相互关系为主；后者主要讲解地球形状、结构和物理性质。在学习这些知识之前，需先学习地理坐标和天球坐标。3、学习目标天文学3课程内容2/5/20233学习目标了解地球的宇宙环境；掌握地球运动规律及其运动的相互关系，理解地球运动所产生的地理意义、及其对地理环境产生的重要影响；通过学习树立辩证唯物主义的自然观；为学习其它自然地理课程奠定基础。2/5/20234主要参考书金祖孟、陈自悟编著，《地球概论》（第三版），高等教育出版社，1997余明主编，《简明天文学教程》（第二版），科学出版社，20072/5/20235（1）天文学的研究对象和方法是自然科学中的一门基础学科研究对象是天体（构造、性质、运行规律）以对天体的观测作为基本的研究方法天文学研究的重大课题之一是各类天体的起源和演化地球概论与天文学2/5/20236（2）天文学的主要分支

天文学中习惯于按照观测手段和研究方法来分类按照观测手段光学天文学、射电天文学、红外线天文学、X射线天文学、伽马射线天文学、空间天文学按照研究方法天体测量学、天体力学、天体物理学2/5/20237天体测量学

天文学中最先发展起来的一个分支。主要任务是研究和测定天体的位置和运动，并建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。天体力学研究天体运动和天体形状的科学。天体物理学运用物理学的技术、方法和理论，研究天体形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的科学。2/5/202382/5/20239地球作为一颗普通的行星，其形成、演化及重大地质历史事件无不与其宇宙环境有关。2/5/202310

第一章

地理坐标与天球坐标第二章地球的宇宙环境第三章地球的运动第四章地球运动的地理意义第五章地球和月球第六章地球的结构和物理性质2/5/202311第一章地理坐标与天球坐标§1.1地理坐标一、地球上的经线和纬线

二、地球上的方向和距离

三、地球上的经度和纬度

四、地理坐标§1.2天球坐标一、天球二、天球上的基本点和圆三、天球上的方向和距离四、天球坐标§1.22/5/202312一、地球上的经线和纬线地球的形状地轴、地球的两极经线和纬线都是地球上的圆大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心；小圆：大圆以外的圆。1、地球上的纬线2、地球上的经线地球的形状2/5/202313人类对地球形状的认识过程古代，“天圆地方”圆球形古希腊数学家毕达哥拉斯古希腊科学之父亚里士多德（图）16世纪初，环球航行(哥伦布,1492；麦哲伦，1519-1522）扁球体18世纪初，法国天文学家里奇不规则的椭球体不规则2/5/202314《天论》中指出：大地实际上应该是球体，一部分是陆地，一部分是海洋，外面则包围着空气。2/5/2023152/5/2023162/5/2023172/5/202318赤道直径12756.32km两极直径12713.51km圆椭圆2/5/202319

大地水准面是一个不考虑海陆差异、不受波浪、潮汐、水流和大气扰动等影响的静止平均海平面，并且是延伸到大地内部、连续封闭的和微有起伏的复杂曲面，其总的形状非常接近三轴椭球体。2/5/2023202/5/202321赤道半径：6378.140km极半径：6356.755km扁率：1/298.257平均半径：6371km2/5/202322一、地球上的经线和纬线1、地球上的纬线(parallel)——垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆（图）纬线相互平行;大小不等;赤道(equator)：纬线中唯一的大圆，将地球分为南北半球。经线2/5/2023232/5/2023242、地球上的经线(meridian)——通过地轴的平面同地球相割而成的圆；图经线都在两极相交；都是大圆（通常指它的半圆），大小相同；本初子午线：通过英国Greenwich(格林尼治)天文台的0°经线（1884年确定）。2/5/202325图经线和纬线纬线平面垂直于地轴，经线平面都通过地轴2/5/202326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2/5/202327通过Greenwich天文台的本初子午线(0°经线)。通过Greenwich天文台内古老的

天文望远镜观察宇宙2/5/202328二、地球上的方向和距离1、地球上的方向

通常指地平面上的方向与地球自转有关，根据地球上的经线和纬线确定（1）南北方向（经线方向），有限方向；（2）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”2/5/202329图地球自转方向—向东在北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方向2/5/2023302/5/202331二、地球上的方向和距离2、地球上的距离（1）地球上的距离首先是角距离；（2）角距离与线距离的换算:海里（经度1分的弧长）千米与角距离2/5/202332应用球心角来计算地表距离，需要一个前提条件，即假设地球为正球体。可把任意两地点，都看作是地球上同一个大圆上的两个点，它们间的连线距离也就是该两点间大圆弧段的长。地球大圆一度弧长为111.1千米。知道了与弧段相对应的角距离，计算弧段的长就很容易了。2/5/202333①同一经线上两点之间距离的计算②不同经线上两点之间距离的计算同一纬度？——赤道上——其它纬圈上2/5/202334不同经度两点间的距离球面三角形的基本知识球面三角形的余弦公式2/5/202335球面上的三个点，每两点之间用大圆劣弧相连接，三弧所围成的球面部分称为球面三角形。球面三角形余弦定律：在球面三角形中，任意一边所对应球心角的余弦等于其他两边各自对应球心角的余弦乘积加上这两边各自对应球心角的正弦及任意的那条边在球面三角形中对应角的余弦三项乘积。

cosa=cosbcosc+sinbsinccosA

球面三角形正弦定律：在球面三角形中，任意一边所对应球心角的正弦与该边所在球面三角形中的对应角的正弦的比值相等。sina/sinA=sinb/sinB=sinc/sinC2/5/202336基本性质1、a+b>c,a-b<c,其它边类推2、0˚<a+b+c<360˚

3、180˚<A+B+C<540˚

4、-180˚<A+B-C<180˚，余类推5、(a-b)与(A-B)同号或同为零，余类推6、(a+b-180˚)与(A+B-180˚)同号或同为零，余类推2/5/202337三、经度和纬度是经线和纬线的“编号”，本身代表一种角度1、纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角；纬度在本地经线上度量，南北纬各分90度。2/5/2023382、经度：本地子午面的东西方向和角距离经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终面；经度通常在赤道上度量，东西经各分180度。2/5/202339图经度和纬度纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角；经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。纬度经度2/5/2023403、经度与纬度的关系（1）经线都是大圆，不同经度处，相同纬度间隔大体相等；

1°约折合111km（2）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。2/5/2023412/5/202342经度和纬度用来区分不同的经线和纬线；经线即等经度线，纬线即等纬度线。2/5/202343四、地理坐标一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标同地理坐标相联系的有三个大圆赤道（横轴）；本初子午线（纵轴）；本地子午线。书写按惯例先纬度，后经度；数字在先，符号在后。例：北京的地理坐标：40ºN,116ºE2/5/202344§1.2天球坐标一、天球二、天球上的基本点和基本圆三、天球上的方向和距离四、天球坐标2/5/202345§1.2天球坐标一、天球1、概念天球：以观测者为球心，任意长为半径的假想球体。在天文学上用作表示天体视位置和视运动的辅助工具。天球的中心是观测者；天球的半径是任意的；天球是一个假想的球体。天穹：地平以上的半个天球2/5/202346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。2/5/2023472、天球的视运动天球及天体的周日视运动原因：地球自转规律周期：每日旋转一周方向：自东向西——与地球自转方向相反路线：与天赤道平行太阳的周年视运动原因：地球公转规律周期：每年巡天一周方向：自西向东——与地球公转方向一致路线：黄道图2/5/202348黄道2/5/202349二、天球上的基本点和基本圆北天极和南天极天赤道天顶和天底地平圈天子午圈上点、下点四方点（四正点）球面上圆的极、极距（球面上大圆的极距）、交点和大距点2/5/202350二、天球上的基本点和基本圈黄道；黄极、黄赤交角；二分点、二至点。2/5/202351三个基本大圆

地平圈、天赤道、黄道大圆的极点地平圈的两极：天顶、天底天赤道的两极：天北极、天南极黄道的两极：黄北极、黄南极大圆的交点天赤道交地平圈：东点、西点黄道交天赤道：春分点、秋分点2/5/202352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。2/5/202353三、天球上的方向和距离方向：地球上方向的延伸；南北方向：向北—向北天极、向南—向南天极；东西方向：天球外俯视，向东为逆时针方向；地球北极仰视，向东为顺时针方向。距离：天球上只有角距离。天体间的距离。2/5/202354四、天球坐标1、天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。2/5/202355球面坐标的一般模式基圈、始圈和终圈构成球面三角形2/5/2023562、常见的几种天球坐标(1)地平坐标系(2)第一赤道坐标系(3)第二赤道坐标系(4)黄道坐标系3、各种天球坐标的区别与联系2/5/202357用途：表示天体在天空中的高度和方位；圆圈系统：地平圈——地平纬圈，地平经圈（子午圈，卯酉圈）。基本要点：基圈：地平圈原点：南点始圈：午圈坐标经度，方位(0-360°，自南点向西沿地平圈度量，右旋）纬度：高度（0-±90°）（1）地平坐标系2/5/202358天体的地平坐标：高度和方位同一天体，不同观测地点、不同观测时间，地平坐标不同。2/5/2023592）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”）。2/5/202360图1-17天体第一赤道坐标系：赤纬和时角不同的观测地点、不同的观测时间，天体的时角是不同的联系2/5/2023613）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。2/5/202362图1-19天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经由地球自转造成的天体的周日运动不影响春分点与天体之间的相对位置不同观测地点、不同观测时间，天体的赤经和赤纬不变2/5/2023634）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。2/5/202364图1-21天体的黄道坐标系：黄纬和黄经

特点：一般天体的β、λ不变，太阳的β不变，λ变化。用途：太阳λ的变化反映地球上的季节变化2/5/2023653、各种天球坐标的区别与联系1）地平