天文学入门第一章天球与天球坐标系.ppt

§第一章 天球与天球坐标系,§1 .1、 星 空 巡礼,1、星座：(constellation)一种具有特征并容易记忆的恒星在天空投影的图案所占天区星座意思是“星星的座位”为了认星方便，人们用假想的线条将亮星（几十颗）连接起来，构成各种各样的图形，或人为地把星空分成若干区域，这些图形连同它们所在的天空区域，中国称之星官，西方叫做星座 最古老的星座名称通常都源自更加古老的神话与传说 星座包含各民族丰富的文化猎户座 金牛座,星座的起源,中国古代采用三垣二十八宿 西方 公元前三世纪古巴比伦人把亮星分成星群 公元2世纪托勒密确定四十八星座（古希腊天文学家） 15-17世纪大航海时代 增添南天星座 国际天文学联合会 1928年---八十八个星座,中国古代把可见天空分为 三垣四象二十八宿,三垣：北天极及附近的三个较大天区 紫微垣：（中垣）天北极周围天区 太微垣：（上垣）包括紫微垣与二十八 宿之间的狮子座、后发座、室女座、猎犬座等天区 天市垣：（下垣）包括蛇夫座、巨蛇座、天鹰座、武仙座、北冕座等天区二十八宿，又名二十八舍，为日月舍，最初古代人为比较日月五星的运动而选择的二十八个星官，作为观测时的标志宿或舍有“停留”的意思。

月亮的恒星周期为28天，将月亮的运行轨道分为28个部分，则月亮每个晚上停留一处通过28个星宿，月亮又回到原来的地方所以，28宿又称为28舍 东苍龙：角，亢，氐，房，心，尾，箕 北玄武：斗，牛，女，虚，危，室，壁 西白虎：奎，娄，胃，昴，毕，觜，参 南朱雀：井，鬼，柳，星，张，翼，轸,,二十八宿：黄道附近的二十八个区域,二十八宿的范围有大有小，最大的为井宿，赤经跨度约为330，而最小的觜宿和鬼宿，仅有20 – 30 国际通行的星空区划 —— 88个星座,1928年，国际天文联合会为了现代天文学研究的方便以传统的星座划分和名称为基础，以天球坐标的赤经赤纬为界，明确的将全天划分为 88个星座区域，用拉丁文规定其名称其中北天29个，黄道12个，南天47个全世界的天文研究领域都统一使用星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，同一星座的星无任何物理联系一个星座里面的 星星并不是靠的很近、 挨在一起的；它们彼此距离很远， 几乎没有什么联系；所以星座只是为了把 天空分成小块， 为了认星各个星座组成的星空整体是没变化的，众星之间虽也有相对运动，但因距离十分遥远，在几千年这样的短时间里是显现不出来的，所以称其为恒星。

但时间拉到10万年，星空也许就面目全非了在史前，游牧民们发现星座可以邦助他们识别方向在北半球最熟悉的星座当然是北斗七星 使用大熊星座的指极星可以找到北极星 北极星指示北方，在以后的几千年里它一直是识别北向的最好标志如何找到北极星,为了认识星空，首先应该学会识别“导航”星北极星就是一颗最重要的导航星，它很容易根据北斗星找到夜晚对着北极星附近照相，长时间露光拍照的照片,2 、 恒星的命名,命名的方法是：每个星座中的恒星从亮到暗顺序排列，以该星座名称加一个希腊字母顺序表示如猎户座α（中名参宿四）、猎户座β（中名参宿七）、……如果某一星座的恒星超过了24个希腊字母，就用星座名称后加阿拉伯数字，如天鹅座61星，天兔座17星等如今，大望远镜和新的观测技术不断涌现，被观测到的恒星越来越多，天文学家们将它们登记入册，编成星表星表中的编号就和天体的名字一样如：GC2104,NGC2632,M31等整个天空人眼可见的总共只有约6000颗恒星，而随时可见只有半个天球，只能见3000颗左右在城市最多能见几百颗较亮的星大熊座,天数,,,摇光,天璇,,,开阳,,天枢,,,天权,玉衡,,天玑,小熊座,天鹅座,,,天鹅座α星是一颗白色的一等星，距离我们1500光年，它是一颗超巨星，实际上放射着比太阳强烈5000倍的光,3 、 在星座的深处,在星座中，除了很亮的星星，我们可以看到之外，还有很多暗到我们用肉眼看不见的天体 用望远镜，我们可以看到一些更暗的天体,蟹状星云,金牛座δ附近,卯星团,我国古代又称它为“七簇星”。

昴星团距离我们417光年，它的直径达13光年，用大型望远镜观察， 可以发现昴星团的成员有280多颗星毕星团,毕宿五附近，但毕宿五并不是它的成员 毕星团距离我们143光年，是离我们最近的星团了毕星团用肉眼可以看到5、6颗星，实际上它的成员大约有300颗星系,§1 .2、球面三角基础知识,一、球面上的圆 定理：任何平面和球面的交线都是正圆 （大圆、小圆） 定义： 通过球心的平面与球面的交线，是直径最大的圆，叫做大圆不通过球心的平面与球面的交线，叫小圆打,大圆,,,圆 小 小,消,小圆未通过圆心,,,二、球面上两点的距离球面上两点间大圆弧的长度叫球面上两点的距离 三、圆的极与圆所在平面相垂的直线与球面相交的两个点大圆的极点： 通过球心与大圆所在平面相垂的直线与球面的两个交点四、球面角,球面角 =两个大圆弧相交所成的角度(ABC) 两大圆弧的交点(A)称为球面角的顶点，大圆弧称为球面角的边 球面角是以过顶点的圆弧的二切线所加的角度来度量 =两交点(B、C)间的大圆弧AB对应的圆心角五、球面三角形,球面三角形：球面上两两分别相交的三个大圆弧所围成的几何图形 球面三角形的边：三条大圆弧为球面三角形的边a、b、c 球面三角形的角：各大圆弧所成的球面角为球面三角形的角A、B、C 基本性质、基本公式,,§1、3 天 球,,以任意点为球心，任意长为半径，为研究天体的位置和运动而引进的一个与人们直观感觉相符的假想圆球。

性质：,1、与直观感觉相符的科学抽象 2、天体在天球上的位置只反映天体视方向的投影 3、天球上任意两天体的距离用其角距表示 4、地面上两平行方向指向天球同一点 5、任意点为球心,地理坐标,1、地轴 2、地极 3、纬线和赤道 4、经线和本初子午线 5、经度 6、纬度 北京： φ＝390 57, ; λ＝1160 19,,§1、4 天球上的基本点圈,1、天极(p、p,)和天赤道(Q、Q, ) 2、天顶(Z)天底(Z,)和真地平 3、天子午圈、四方点、和卯酉圈 4、黄道和黄极 5、二分点和二至点 6、天极在天球上的位置 h北＝φ,1、天极和天赤道：,天极：P 过天球中心做一与地球自转轴平行的直线（天轴），它与天球相交的两点为天极天赤道：’ 过天球中心做一与天轴垂直的平面（天赤道面），它与天球相交的大圆为天赤道2、天顶、天底和真地平,天顶：Z 过天球中心做一直线与观测点的铅垂线平行，交天球于两点，位于观测者头顶的一点称天顶 天底：Z’ 与天顶相对的另一交点为天底 真地平：过天球中心做一与铅垂线垂直的平面，与天球相交的大圆为真地平3、天子午圈、四方点、卯酉圈,天子午圈：过天极和天顶的大圆。

四方点：天子午圈与真地平相交的两点为南北点，（靠近北天极的为北点）天赤道与真地平相交的两点为东西点 卯酉圈：过天顶和东西点所做的大圆弧4、黄道与黄极,黄道：过天球中心做一与地球公转轨道平面平行的平面为黄道面，与天球相交的大圆为黄道黄极：黄道所对应的两个极点 黄赤交角：黄道与赤道的交角ε＝230.5,,5、二分点、二至点,二分点：黄道与天赤道的两个交点春分点；秋分点二至点：黄道上与二分点相距900的另两个点夏至点；冬至点,当地的地理纬度等于北极星的高度,,,,,练习,天子午圈与地平圈的两个交点是（ ）（ ）；天子午圈与卯酉圈的两个交点是（ ）（ ）；天赤道与黄道的两个交点是（ ）（ ）；天赤道与地平圈的两个交点是（ ）（ ）；,§1、5 天球坐标系,一、地平坐标基本点：天顶 天底基本圈：真地平地平高度 h: 由真地平沿过天体的地平经圈向天顶、天底量度 （00 — ±900）（天顶距 Z): Z＝900－h方位角 A:起始点：南点 北点由南点或北点沿真地平顺时针度量到过天体的地平经圈 （00 –3600）,,,,,二、时角坐标,基本点：天极 基本圈：天赤道 赤纬 δ：由天赤道沿过天体的赤经圈向两极方向度量 （00 -±900） 时角 t： 起始点：子午圈与天赤道南边的交点。

由起始点沿天赤道顺时针量至天体所在赤经圈 （0h –24h）,,三、赤道坐标赤纬 δ：同上赤经 α：起始点：春分点由春分点沿天赤道逆时针方向量至天体所在赤经圈 （0h –24h)春分点的时角：tr ＝(α＋t),,,,,四、黄道坐标,基本点：黄极 基本圈：黄道 黄纬β：由黄道沿过天体的黄经圈向两边度量 （00 — ±900） 黄经 λ： 起始点：春分点由春分点沿黄道逆时针量至天体所在黄经圈与黄道的交点 （00 – 3600),,,,,,,,§1.6、天球坐标系的变换一、赤道坐标与时角坐标的换算：已知地方区时（如北京时）可以计算出地方恒星时，由地方恒星时S 与 时角t 的关系式， α = S - t，可求出天体的时角t 其他天球坐标系之间 的换算可由球面三角 基本公式得出换算公式1）已知天体方位角A、天顶距z及地理纬度φ，利用球面三角公式求天体的时角t和赤纬δ,sinδ= sinφ cosz - cosφ sinz cosA （余弦公式）cosδ sint = sinz sinA （正弦公式）cosδ cost = sinφ sinz cosA + cosz cosφ （第一五元素公式）,二、地平坐标与时角坐标的换算：,3600 - A,,t,,（2）已知天体的时角t 赤纬δ和地理纬度φ，求天体的方位角A和天顶距z（或地平高度）,利用如下球面三角公式即可cosz = sinφ sinδ + cosφ cosδ costsinz sinA = cosδ sint sinz cosA = - sinδ cosφ + cosδ sinφ cos,二、赤道坐标与黄道坐标的换算公式,（1）由天体的赤经α、 赤纬δ；黄道与赤道的 夹角ε。

求天体黄经λ、黄纬βsinβ = cosεsinδ–sinεcosδsinα cosβcosλ = cosδcosα cosβsinλ = sniδsinε+cosδcosεsinα,900+α,,900+λ,,ε,,（2）由天体黄经λ、黄纬β与黄赤夹角ε，求赤经α、赤纬δ,sinδ=cosεsinβ+sinεcosβsinλ cosδcosα=cosβcosλ cosδsinα=-sinβsinε+cosβcosεsinλ,习题,1、天球上赤经和赤纬皆为零的点是（ ）； 2、 天球上地平高度和赤纬皆为零的点是（ ）（ ） 3、北天极的黄经和黄纬是（ ）（ )，北黄极的赤经和赤纬是( )（ ） 4、在地球北纬30处，当春分点位于西点时，北点的赤经是（ ），时角是（ ），赤纬是（ ），方位角是（ ），地平高度是（ ）1、北天极的黄经和黄纬是（900）（900-230.5)，北黄极的赤经和赤纬是(2700)（900-230.5）2 、在地球北纬30处，当春分点位于西点时，北点的赤经是（2700），时角是（1800），赤纬是（600），方位角是（00），地平高度是（00）。

1、对纬度+55o而言，当春分点刚升出地平的时刻，黄道与地平圈构成什么角度？当春分点刚沉没地平的时刻呢？对纬度+66°.5而言呢？ (h=90°-φ±23°.5）,2、地理纬度为42o处，天顶的赤纬等于多少？（δz =φ) 3、某星具有时角t=18时问这颗星在天球的哪部分可见到？( 东 ） 4、天球北半球最亮的两颗星—织女星(α=18h34m)和五车二（α=5h10m）问当春分点上中天的时刻,它们位于天空的哪一边（西边或东边），且时角为若干？当春分点下中天的时刻呢？（t=tr-α）,。