集美大学航海学2教案：天球坐标系..doc

第二章 天球坐标系 天球坐标是确定天体在天空中位置的坐标系统。天体位置确定之后，测者与天体之间才能借助数学方法，即通过球面三角公式相互联系起来，从而可以解决天文航海中诸多天文航海上的实际问题。 第一节 天球坐标系 与地球上用纬度和经度来确定某点位置相类似，确定天体在天球上位置的球面坐标系称天球坐标系。由于天球上采用的原点和基准大圆不同，可采用多种不同的天球坐标系，在天文航海上常用的是赤道坐标系和地平坐标系。 一、天球 每当我们仰首望天，总感觉天空象是一个倒扣过来的半球形。太阳、月亮、行星和恒星，无论离我们远或近，都好像镶嵌在这个球面上，而地球恰好位于这个半球的球心。因此，为了研究问题方便，我们定义以地心为球心，以无限长为半径所作的球面叫天球(celestial sphere)。所有天体（无论远近）都分布在天球面上，它们在球面上的位置称为天体位置。 二、天球上的基本点、线、圈 要在天球上建立天球坐标系，必须要确定一些基本点、线和圈。由于可以把天球看作是由地球圆球体表面无限扩展而形成的，因此，天球上的点、线、圈都可以看作是地球上的点、线、圈在天球上的投影，两者有着一一对应关系，只是名称不同而已，它们之间的对应关系见表4－2－1： 表4－2－1 地球 地轴 北极 南极 赤道 纬度圈 经度圈 格林经线 测者所在经度 天球 天轴 天北极 天南极 天赤道 赤纬圈 时圈 格林午圈 测者午圈 1．天轴和天极 地球自转轴向两端无限延伸得 到天轴(celestial axis)。天轴和天球相交于两点，对应于 地北极的一点称天北极，对应于地南极 的一点称天南极,统称天极（celestial poles） 见图4-2-1。 2．天赤道 地球赤道平面无限向四周扩展与天球 球面相截所得的大圆，称天赤道 (celestial equator)。如图4-2-1 中垂直于天轴的大圆QQ?。天赤道上任意一 点距两天极的球面距离都为90°。天赤道将 天球分为北天半球和南天半球。 图 4-2-1 3．天体时圈 过两天极和天体的半个大圆B 称天体时圈(hour circle)。见图4-2-2。 4．天体赤纬圈 过天体B且平行于天赤道的小圆DBD′ 称为天体赤纬圈(paralell of declination)， 又称周日平行圈，它与地球上纬度圈dbd′相对应。 见图4-2-2。 5．天顶和天底 视地球为均匀圆球体，地面上的某一点(A) 与地心O的连线即是该点的铅垂线。如图4-2-3所示。 测者天顶Z：无限延长测者铅垂线，向上 (背离地心的方向)与天球的交点Z，称测者天顶 (zenith)；而向下延长与天球的交点Z′称测者天底(nadir)。 图 4-2-2 （2）格林天顶ZG ：无限延长格林尼治天文台的铅垂线，向上与天球的交点ZG称格林天顶；而向下延长与天球的交点Z?G 称格林天底。 6．子午圈 （1）测者子午圈(observers meridian)过测者天顶、天底和两天极的大圆ZZ?称测者子午圈，如图4-2-3所示。 测者午圈：两天极之间包含测者天顶的半个大圆Z。它与测者所在经线相对应。 测者子圈：两天极之间包含测者天底的半个大圆Z?。 测者子午圈将天球分为东天半球和西天半球。 （2）格林子午圈 过格林天顶、天底和两天极的大圆称格林子午圈(Greenwich meridian)ZGZ?G，如图4-2-3所示。 格林午圈：两天极之间包含格林天顶的半个大圆ZG。它与格林经线(零度经线)相对应的。 格林子圈：两天极之间包含格林天底的 半个大圆ZG? 。它与180°经线相对应。 7．测者真地平圈 通过地心且垂直于测者铅垂线的平面与 天球截得的大圆NESW称测者真地平圈 (celestial horizon)或地心真地平圈，真地 平圈上任意一点距天顶或天底的球面距离均 为90°。真地平圈将天球分为上天半球和下 天半球，见图4-2-3。 8．方位基点(Cardinal points) 又称四方点。测者子午圈与真地平圈交于 图 4-2-3 两点，靠近天北极的一点称北点N，与其相对的点称南点S。天赤道和真地平圈交于两点， 测者面向北，右侧为东点E，左侧为西点W。四方点N、E、S、W将真地平分成NE、NW、SE、 SW四个象限，每个象限为90°。见图4-2-3。 　　9．仰极与俯极 真地平以上的天极称仰极(即与测者纬度 同名的天极elevated pole)。真地平以下的天极 称俯极(de