清华大学天文学导论天体视运动

天文学导论天体的视运动本讲内容星座与星图（自学）月相、日月食（自学）行星的视运动（自学）地球自转：太阳的周日视运动天体的周日视运动地球公转：太阳的周年视运动赤道坐标系：恒星时地球自转轴的进动：岁差，坐标改正1。星座与星图（自学）古人运用幻想力把杂乱无章的星星用线连起来构成星座，更为它们编织美丽动人的神话故事每一个民族的星座划分和神话都不相同。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星图地图平放地上；星图高举过头仰望之两者的东西方向相反（？）星图种类多多！连线只为方便辨认大小不代表体积而表示相对亮度昴星团M45专业星图昴星团M452。月亮（自学）不变的脸：地球上的观测者无论何时都只能“看到”月球的同一面即近地的一面同步自转：月球的自转周期==月球的公转周期月球本身不发射可见光，只反射太阳光月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小月亮的会合周期(synodicperiod)（塑望月）--新月到新月：~29.53天月相MoonPhases日月食进入影子：由于月球在地球和太阳之间运动日食：地球进入月球的阴影月食：月球进入地球的阴影Umbra

本影:太阳被完全遮掩Penumbra

半影：太阳被部分遮掩食的种类全食偏食环食地月距离在变化！为什么每月不发生两次日月食？月相暗示：似乎每个月应有一次日食（新月）和一次月食（满月），但是日月食大约每11个月才发生一次这是因为月球的轨（白）道面和地球的轨（黄）道面呈大约5度的夹角月相与食无关：月相是阳光从不同的方向照射月球的结果，而食是地球和月球通过对方影子的结果食产生的条件月球运动到地球的轨道（黄道）面且必须是严格的新月或满月通常当月球通过黄道面时并非新月或满月；或者在新月或满月时月球通常不会通过黄道面日食SolarEclipse月球在黄道面且严格新月（初一），月球的影子投到地球上三类日食：Totalsolareclipses日全食Partialsolareclipses日偏食Annularsolareclipses日环食月球和太阳的视大小几乎相同

日全食金星凌日：2004年6月8日日偏食，最常见日全食奇景：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，接著鑽石環復現，日全食結束

日全食奇景Corona日冕Prominences日珥日环食由于地球和月球的距离并不固定，所以在地球看来，月球的角大小也会发生变化。有时，月球虽处于能造成日“全”食的位置，但由于月球的角大小不足以掩盖整个太阳，便出现如戒指班的日环食由于潮汐摩擦作用，月球正渐渐远离地球，数万年后，月球的视直径会变得很小，届时地球上便再也不能看到日全食了Lunareclipse月食月球在黄道面且严格满月（十五），地球的影子投到月球上两类月食：Totallunareclipses月全食：完全进入本影Partiallunareclipses月偏食：部分进入本影月全食全过程红月亮曝光时间长白点为背景星月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致日食和月食的持续时间由于地球的影子远大于月球的影子，所以月（全）食时间比日（全）食长得多日全食最长持续7.5分钟，通常只有3-4分钟月全食可持续大约1小时45分月球的轨道运动和地球的自转使得影子变得狭长，因此每次日全食时世界上仅有很少地区能看到请“关注”近期中国日全食2008年8月1日（西北地区）2009年7月22日（长江流域）2035年9月2日（北京）2010年1月15日中国日环食西3。行星的运动（自学）除了“东升西落”，行星是在天球上四处游荡（相对于背景星）的“星”

行星名称的由来其原因是行星和地球一样在绕日公转，造成和地球相对位置的不断变化内行星的运动水星和金星的轨道在地球轨道之内在地球上看来，它们和太阳形影不离由太阳东面走到太阳西面（晨星），再回到东面（昏星）由于靠太阳很近，只能在日出前或黄昏后看到金星：天空中第三颗最亮的天体晨星：日出前的金星昏星：日落后的金星金星：晨星和昏星外行星的运动火星、木星、土星、天王星和海王星绕日公转，但轨道在地球轨道之外在天球上相对于背景星的运动，基本上是由西向东移动，称为顺行由于地球公转速度较快，外行星有时被地球“超过”，这时在地球上看来，它们在天球上的运动完全倒转，变成自东向西，称为逆行外行星每次逆行数星期至数月不等，所以一夜间不可能看到顺行和逆行的交替内行星也有顺行和逆行火星的顺行和逆行东西4。地球自转

天体周日视运动太阳每天东升西落

昼夜夜晚,所有天体即星星（月球、行星和所有恒星及其它天体）也都每天东升西落天体的这类运动并非所有天体都眼巴巴地绕着地球旋转，其实这是由于地球自转所造成的假象，故称为天体的周日视运动天如张盖，笼罩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位置和当地时间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）正午：太阳到达子午线，不是12点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），即钟表时间*时区TimeZones（自学）*SunlightEarthMiddayMidnightSunsetSunrise*为什么需要时区？*在任一相同时刻，地球上不同的地方有不同的时间（相对于太阳）在你东边的人早看到太阳到达子午线，而在你西边的人则晚看到太阳到达子午线经度每相差1度，太阳通过子午线（当地正午）的时间相差4分钟如果全世界用同一个时间，我们的时钟将不会与太阳同步如果每个城市都根据自己的正午制定时间，那么事情将变得很复杂，你将忙于调整你的手表时间折衷且明智的办法：划分时区。全球分为24个时区，每个时区的经度宽度为15度，对应的时差为

15°×4minutes/degree=60minutes=1hour。每个时区采用本时区经度所对应的时间一个国家/地区通常采用一个时区北京（东经116度22分）时间：东八区中央经度即东经120度的时间世界时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TheCelestialSphere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=Latitude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”南天极附近星星视运动轨迹南半球的星空

自己想想！英澳天文台5。地球公转

太阳周年视运动在天球上，恒星的位置及其相对位置是“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太阳每天都在星星中间向东缓慢游走每天晚上的任何特定时刻你所看到的每个星星的位置（到子午线）也在缓慢变化其实2正是1的结果！答案是太阳相对于恒星的移动是由于地球在绕太阳公转：每天晚上看到不同的星星假如白天能看到星星，太阳将有不同的背景星黄道ecliptic

太阳的周年视运动：地球的公转造成太阳在天球上的位置时时刻刻自西向东移动，每年环绕天球一周太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道太阳向东缓慢移动（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的图示解释恒星日与太阳日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分钟恒星回归原处的周期为一年：四季星空恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳公转而变化，均为~23小时56分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小时对于夜晚某给定时刻，例如冬季的一月夜晚，观测者可见猎户座、金牛座等，但半年后，它们将不可见，可见星座变为天蝎座等黄道上的星座：黄道十二宫（Zodiac）冬季星空：每年一月太阳进入人马座，晚上九时金牛座、双子座等高挂夜空其它类推北斗七星指季节个人星座的定义月球在天球上的视运动月球相对于背景恒星也向东漂移（滞后于恒星）但是月亮的漂移非常快，24小时大约13度月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.323天，此为恒星周期（siderealperiod）类似于太阳日大于恒星日，月球的交合周期（朔望月29.5天）也大于恒星周期月球的交合周期大于恒星周期：图解新月非新月!再次新月*熟悉的四季交替（自学）*一年有4个季节：春夏秋冬

温度变化太阳从地平线升起和落下的位置（时间）随四季在变化，这种变化在北极地区非常显著原因?太阳辐射能力（×）日地距离（×）阳光入射角（√）*《列子●汤问》：小儿辩日*季节的错误解释：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（南北半球的季节不同）**地球的自转轴与其公转轨道面（黄道面）不垂直，成23.5度夹角如果地球的自转轴和公转轴平行，就不会有季节!*季节的成因：地球公转+自转轴倾斜*一年中，地球的倾角不变，变化的只是地球和太阳之间的相对位置

地球的倾斜造成太阳的直射和斜射，从而形成一年四季的更替当地球在右上角时（近日点），大部分阳光直射南半球，因而北京是冬天**当地球在左下角时，大部分阳光直射北半球，因而北京是夏天（远日点）黄道与春、秋分，夏、冬至(节气）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黄道与春、秋分，夏、冬至1.Atthevernal(Mar21)equinoxtheSunisonthecelestialequator.2.Atthesummer(Jun21)solsticetheSunisnorthofthecelestialequator.3.Attheautumn(Sep23)equinoxtheSunisagainonthecelestialequator.4.Atthewinter(December22)solsticetheSunissouthofthecelestialequator.23.5degrees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6。天球坐标系恒星的视位置不仅随观测点而变化，也随观测时间而变化要找到一颗星你要把望远镜指向哪里？天球坐标系有助于快速找到你所要找的星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主要天球坐标系地平坐标系地平面，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，银极地球表面的经纬度纬度经度本初子午线（格林尼治天文台）赤道南极北极纬度：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）向东方向，东经0～180o向西方向，西经0～180o北京：东经116度22分；北纬39度58分赤道坐标系受到在地球表面用来表示地理位置的经度、纬度坐标系的启发把地球的经度、纬度投影到天球上便成为天球的赤道坐标系恒星的赤道坐标固定不变：不依赖于观测者的位置和时间只依赖于相对于北天极和天赤道的位置赤道坐标系的表示法：赤经和赤纬东

赤纬Declination(Dec)地球的纬线在天球上的投影,常用δ表示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度天赤道=

0度北天极=

+90度南天极=

-90度赤经RightAscension(RA)地球的经线在天球上的投影,常用α表示赤经的计算和地球经度（-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，并由西向东由0增加到“24小时”（“恒星日”为24小时23小时56分）比太阳日的24小时短约4分钟赤经的起点赤经的计算起点为春分点，在天赤道上由西向东分为24小时，每小时又分为60分，1分再细分为60秒，...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小时从东方升起恒星时siderealtime(为知道每个时刻一颗恒星相对于子午线的位置，定义恒星时：一个地方的“子午圈[=赤经]”与天球的春分点[赤经=0]之间的时角[赤经差]

)即：某地某时刻的恒星时等于此时此刻位于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：AtmidnightonSep21,localsiderealtimeis0hr.AtmidnightonDec21,………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”)7。地轴进动

北极星是暂时的如同转动的陀螺，地球的自转轴以26000年的周期在转动，称为进动因而北天极的位置在非常缓慢地移动北极星所代表的真实星不固定

天赤道也在移动岁差黄道固定+天赤道移动

春分点（两者交点）在非常缓慢地向西移动，即每年的二分点（及其它现象）提前来临，这就是岁差现象东太⊙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自然灾害安全教育宣讲课演讲人：XX雷电灾害与防范01地震灾害与防范02台风灾害与防范03洪水灾害与防范04目录自然灾害是人类依赖的自然界中所发生的异常现象，自然灾害对人类社会所造成的危害往往是触目惊心的。它们之中既有地震、火山爆发、泥石流、海啸、台风、洪水等突发性灾害，也有地面沉降、土地沙漠化、干旱、海岸线变化等在较长时间中才能逐渐显现的渐变性灾害，还有臭氧层变化、水体污染、水土流失、酸雨等人类活动导致的环境灾害。以目前人类的科学技术水平和能力，人们还无法阻止自然灾害的发生，也无法抵御自然灾害的破坏。但是完全可以根据自然灾害发生的规律和特点，采取积极有效的措施，尽量地减少损失。自然灾害什么是01雷电灾害与防范雷电灾害与防范雷电是大气中的一种放电现象。雷雨云在形成过程中，部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。这种现象有的是在云层与云层之间进行，有的是在云层与大地之间进行。这两种放电现象俗称打雷，它会破坏建筑物、电气设备，伤害人畜。这种放电时间短促，一般约50~100微秒，但电流异常强大，能达到数万安培到数十万安培。放电时产生强烈的光，这就是闪电。闪电时，将释放出大量热能，瞬间能使局部空气温度升高1万~2万℃，空气的压强可达70个大气压，这样大的能量，具有极大的破坏力，往往会造成火灾和人畜的伤亡。雷电是怎么回事？雷电灾害与防范雷电会造成那些灾害雷电产生强大电流，瞬间通过物体时产生高温，引起燃烧、熔化，也会造成人畜伤亡雷击爆炸作用和静电作用能引起树林、电杆、房屋等物体被劈裂倒塌雷电流在周围空间形成强大的电磁场，如有易燃、易爆物品就会引起爆炸或燃烧各种电力线、电话线、广播线由于雷击产生高压，致使电器设备损坏雷电灾害与防范a、雷电天气时，要留在室内，并关好门窗b、在室外工作的人应躲入建筑物内c、无法躲入建筑物内时应远离树木和电线杆怎样预防雷电？雷电灾害与防范d、不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的家用电器e、减少使用固定电话和手提电话f、远离电线等带电设备或其他类似金属装置。特别提示室外的人应尽量不要走动，更不要打手机，在开阔地带最好双脚并拢就地蹲下，双手抱膝，以免跨步电压伤人;在室内的人不要使用太阳能热水器，并切断所有电源，不要用电脑，不要看有线电视等，以免室外线路将雷电引入室内，造成损伤雷电灾害与防范02地震灾害与防范地震灾害与防范地震是一种及其普通和常见的一种自然现象，但由于地壳构造的复杂性和震源区的不可直观性，关于地震特别构造地震，它是怎样孕育和发生的，其成因和机制是什么的问题，至今尚无完满的解答，但目前科学家比较公认的解释是构造地震是由地壳板块运动造成的。由于地球在无休止地自转和公转，其内部物质也在不停地进行分异，所以，围绕在地球表面的地壳，或者说岩石圈也在不断地生成、演变和运动，这便促成了全球性地壳构造运动。关于地壳构造和海陆变迁，科学家们经历了漫长的观察、描述和分析，先后形成了不同的假说、构想和学说。地震为什么会发生？破坏性地震一般是浅源地震。对于同样大小的地震，由于震源深度不一样，对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅，破坏越大，但波及范围也越小，反之亦然。地震会造成那些灾害？在海底或滨海地区发生的强烈地震能引起巨大的波浪，称为海啸在大陆地区发生强烈地震，会引发滑坡、崩塌、地裂等次生灾害地震灾害与防范立即下蹲抱头卷曲，利用一些坚固的防护工具，如坚固的座椅。房屋震荡时极容易被掉落的石块玻璃等砸伤，不要慌乱走出室外，待在直到确定可安全撤离。远离书柜，衣橱等容易砸伤你的家具。远离窗户，在高楼中，等到火警警报停息后再逃离出来。如果在床上，呆在原地，用枕头保护好头部。.如果在户外，找一个远离建筑物，大树和高压线的空旷场所，如剧烈地震请趴在地上。如果在车内，慢慢行驶到空旷地直到地震结束。地震时如何自我保护？地震灾害与防范检查受伤情况，如有需要，参加紧急救援工作，帮助身边周围的人脱离险境。检查房屋受损情况。如损坏严重，应远离房屋直到专业人士检查。如果闻到煤气味，立即疏散室内人群，绝对不要使用火机等危险品。确定窗户墙面等安全后，开窗流通空气。如果发现断电，拔掉主要电器插头，如看到保险丝烧坏，或闻到烧焦的电源线味道，或看到插座火花，请远离，等专业人士解决后再进入，注意远离室内有水的地方。地震后须注意哪些？地震灾害与防范地震安全歌遇地震，先躲避桌子床下找空隙远离所有建筑物余震蹲在开阔地地震灾害与防范03台风灾害与防范台风灾害与防范台风，指形成于热带或副热带26℃以上广阔海面上的热带气旋。世界气象组织定义：中心持续风速在12级至13级（即每秒32.7米至41.4米）的热带气旋为台风或飓风。北太平洋西部（赤道以北，国际日期线以西，东经100度以东）地区通常称其为台风，而北大西洋及东太平洋地区则普遍称之为飓风。每年的夏秋季节，我国毗邻的西北太平洋上会生成不少名为台风的猛烈风暴，有的消散于海上，有的则登上陆地，带来狂风暴雨，是自然灾害的一种。什么是台风？沿海居民防范