大地测量学基础：第2章 坐标系统与时间系统.ppt

第二章 坐标系统与时间系统 §2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统 §2－1 地球的运转 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） 大地测量学主要研究后两类运动。 预备知识—— 天球的概念以及相关的参考点、线、面、圆 所谓天球，是指以地球质心O为中心，半径 r为任意长度（无穷大）的一个假想的球体。 宇宙中的诸天体至地球上的观测者的距离各不相同。 天体与观察者之间的距离跟观测者随地球在空间移动的距离相比要大得多，所以看上去天体似乎都离我们一样远，仿佛散布在以观测者为中心的一个圆球的球面上。实际上我们看到的是天体在这个巨大的圆球球面上的投影位置，观测者所能直接辨别的只是天体的方向。 所以，在天文学中，通常把天体投影到天球的球面上，并利用球面坐标来表达或研究天体的位置及天体之间的关系。 建立球面坐标系统，如下图。 7、赤经与赤纬 地球的中心至某天体的连线与天球赤道面的夹角称为赤纬； 过某天体的天球子午面与过春分点（γ）的天球子午面的夹角为赤经。 一、地球绕太阳公转 地球是一个行星，沿黄道面上的公转轨道绕太阳公转，一年旋转一圈。公转运动基本遵循开普勒三大行星运动定律—— （1）行星运动的轨迹是椭圆，太阳位于该椭圆的一个焦点上； （2）行星与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相等（位置不同，速度不同）； （3）运动周期（旋转一圈的时间，即一恒星年）的平方与轨道长半轴的立方之比为常数：T2 / R3 = K。 二、地球的自转 地球绕太阳公转的同时，还绕其自身的旋转轴自转，自转一周为一天。 地球自转的旋转轴（地轴)不是固定的，地球绕地轴的旋转速度也不是固定不变的。地轴的指向、地轴与地球体的相对关系每时每刻都在变化。 1、地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动） 地球自转轴在空间的变化，是日、月等天体引力的共同结果。 假设月球的引力及其运行轨道是固定不变的，由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极缓慢旋转，类似于一个旋转陀螺，形成一个倒圆锥体（见左下图），其锥角等于黄赤交角ε=23.5 °。 旋转周期为25786年，这种运动称为岁差，是地轴方向在宇宙空间中的长周期运动（以黄极为中心）。 月球绕地球旋转的轨道叫白道。白道相对于黄道有约5 °的倾角（不在同一平面）。因此，月球引力产生的转矩大小和方向在不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是严格平滑的小圆，而是近似于圆的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上叠加了周期为18.6年、振幅为9.21″的短周期运动。这种现象称为章动。 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。 2、地轴相对于地球本身的相对位置变化（极移） 在众多天体引力的共同作用下，地球平衡地悬浮在宇宙空间并缓慢运动着。在不同的位置，引力大小将有所变化，加上地球形状不规则、内部质量分布不均匀，从而使地球在运转过程中其自转轴存在相对于地球体自身的相对位置变化，导致极点在地球表面上的位置随时间变化，这种现象称为极移。 地球极点的变化，导致赤道面以及地面点的纬度也随之发生变化。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，所以，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。 某一观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。 为了描述地极的移动规律,可取某一平极为原点O,在过该点且与地球表面相切的平面上建立一平面直角坐标系O-xy，x轴指向格林尼治天文台,y轴指向格林尼治零度子午面以西90°的子午面方向。于是，任一瞬时极的位置Pt可用(xt，yt)表示。 国际天文联合会( IAU， International Astronomical Union)和大地测量与地球物理联合会(IUGG， International Union of Geodesy and Geophysics)于1967年共同召开第32次讨论会，会议建议采用国际上5个纬度服务站(ILS) 以1900～1905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO (conventional international origin)。 国际极移服务 ( IPMS ) 和国际时间局( BIH )等分别在不同时期用不同方法得到不同的地极原点，因而有不同的CIO ，如BIH1968.0、 BIH1984.0 等【我国自行确定的地极原点是JYD196