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第二章天球和天体第一节天球一、天球1、天球的定义以地心为球心，以任意远为半径的假想球体，表示天体运动的辅助工具。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.天球的特性（1）它是一个假想的球体;（2）它的半径无限大;（3）所有的天体在天球上的位置都不是它的真实位置，而是投影在天球面上的视位置;（4）用天球球面上的视位置来表示天体，便于天体定位，在天文学上有实用意义。3.天体的视位置定义：从测站中心到天体的连线在天球上的交点，即天体在天球面上的投影点，称为天体的视位置。4.天体以地心为中心时，叫地心天球。以太阳为中心时，叫日心天球。一般指地心天球。二、天球的视运动1、天球周日运动：对于地球观测者，天球围绕我们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋转，这称为天球周日运动。周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。二、天球的视运动2、太阳周年运动：由于地球公转，使太阳在天球上形成的以一年为周期的位置移动，叫做太阳周年运动，方向向东。太阳周年运动方向向东(与地球公转方向相同)，其视行路线被称为黄道。1天球的视运动左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西由于地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日转一周；由于地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周。太阳同时参与两种相反的运动：春：中天狮子太阳飞马夏：天蝎中天太阳猎户秋：飞马中天太阳狮子冬：猎户中天太阳天蝎夜半中星随季节的变化这是地球公转的反映。由夜半中星的变化间接推出太阳周年运动。^AnIntroductiontoTheEarth三、天球上的圆和点三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道地平圈：地平圈是通过地心，且垂直于当地铅垂线的平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。它把天球分成可见和不可见两部分。天赤道：天赤道是地球赤道平面的无限扩大，天球相割而成的天球大圆。天赤道分天球为南北两半球；黄道：黄道是地球公转的轨道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。它就是太阳周年运动的视行路线；大圆的极点：地平圈两极：天顶(Z)和天底(Z′)天赤道的两极：天北极(P)和天南极(P′)黄道的两极：黄北极（K）和黄南极（K′）大圆的交点：天赤道交地平圈：东点和西点；黄道交天赤道：春分点和秋分点。天球大圆的交点和远距点左：地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点(南、北、上、下)；右：黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）。大圆的远距点：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：无名点四、天球坐标1、球面坐标系概说基圈：球面坐标系的基本大圆，称为基圈。原点：球面坐标系中，经度度量的起点为原点。辅圈：辅圈是通过基圈的两极，且与基圈垂直的所有大圆。始圈：通过原点的经线叫始圈。球面坐标的一般模式四、天球坐标1、球面坐标系概说以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形，三个顶点分别是极点、原点和介点。纬度—纵坐标：球面上任一点相对于基圈的方向和角距离。经度—横坐标：标球面上任一点所在的辅圈平面相对于始圈平面的方向和角距离。球面坐标的一般模式两大类天球坐标系右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，向西；左旋坐标系：与太阳周年运动（地球公转）联系，向东。2、地平坐标系用途：表示天体在天空中的高度和方位及其周日变化。圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈地平坐标系的圆圈系统：地平圈上4个相距90°的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）基本要点：基圈：地平圈辅圈：地平经圈原点：南点始圈：午圈纬度：高度经度：方位天体的地平坐标：高度和方位地平坐标系的圆圈系统：地平圈上4个相距90°的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）天体的地平坐标：高度和方位地平坐标系的作用：地平坐标系能把天体在当时当地的天空位置直观地、生动地表示出来。例如，若某人造卫星在某时刻的地平坐标值为：方位270°，高度45°，则说明，此时该人造卫星在正东方的天空，其仰角为45°。中天天体在周日视运动过程中，其高度和方位角都在不断改变。当天体恰在观测者子午圈位置时，叫做天体的中天；每个天体每天都有两次中天，当天体高度达到最大时的中天，亦即距天顶较近的中天，叫做天体的上中天；当天体高度达到最小时的中天，亦即距天底较近的中天，叫做天体的下中天。3、第一赤道坐标系(时角坐标系)用途：用于时间度量圆圈系统：天赤道、子午圈和六时圈第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90°的点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。基圈：天赤道原点：上点始圈：午圈辅圈：赤经圈（时圈）纬度：赤纬经度：时角自上点沿天赤道向西度量天体第一赤道坐标系：赤纬和时角基本要点：4、地平坐标系与第一赤道坐标系的比较相同点:都是右旋转坐标系,经度都是向西度量；始圈都是午圈；不同点:基圈不同，原点不同联系:仰极高度=天顶赤纬=当地纬度仰极高度＝天顶赤纬＝当地纬度•地平座标系和第一赤道坐标系；•始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角；•二者的具体差异与当地的纬度有关；•仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。5、第二赤道坐标系⑴用途：表示天体在天球上的位置；⑵圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90°的点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经⑶基本要点：基圈：天赤道；原点：春分点；始圈：春分圈；辅圈：赤经圈（时圈）；纬度：赤纬，与第一赤道坐标系相同；经度：赤经，自春分点沿天赤道向东度量。春分点和天球上任何一点一样也参加周日运动。它在天球上连续两次由东向西通过某地子午圈的时间间隔，叫做恒星日。恒星时以春分点上中天的时刻作为起标点。6、恒星时7、黄道坐标系⑴用途：表示日月行星的位置及其运动；⑵圆圈系统：黄道，无名圈和二至圈；AnIntroductiontoTheEarth黄道坐标系的圆圈系统黄道上4个相距90°的点：二分点和二至点；得到无名圈和二至圈。天体的黄道坐标系：黄纬和黄经⑶基本要点：基圈：黄道；原点：春分点；始圈：无名圈；辅圈：黄经圈；纬度：黄纬；经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为使太阳的黄经“与日俱增”）。相同点：都是左旋坐标系；原点都是春分点；不同点：始圈不同；基圈不同。8.第二赤道坐标系与黄道坐标系的区别和联系第二赤道坐标系和黄道坐标系：赤经和黄经都向东度量：有共同的原点（春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道为基圈，以无名圈为始圈。所以，赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。第二赤道坐标系和黄道坐标系AnIntroductiontoTheEarth9、第一赤道坐标系与第二赤道坐标系的区别和联系相同点：基圈相同；赤纬相同；不同点：原点不同；始圈不同；度量方式不同；AnIntroductiontoTheEarth基圈：天赤道原点：上点始圈：午圈辅圈：赤经圈（时圈）纬度：赤纬经度：时角自上点沿天赤道向西度量天体第一赤道坐标系：赤纬和时角基本要点：二者通过赤经与时角联系S（恒星时）=tr(春分点时角)S（恒星时）=t(恒星的时角)+a（恒星的赤经）恒星中天：t=0则S（恒星时）=a（恒星中天的赤经）基圈相同（天赤道）因而有相关的纬度（赤纬）但始圈不同，因而时角不同于赤经；二者的具体差异于当时的恒星时有关；恒星时即春分点的时角，或上点的赤经。天体赤经＋天体当时时角＝当时恒星时S（恒星时）=tr(春分点时角)S（恒星时）=t*(恒星的时角)+a*（恒星的赤经）恒星中天：t*=0则S（恒星时）=a*（恒星中天的赤经）第一赤道坐标系和第二赤道坐标系第二节星座、星表和星名一、星座星座：为了便于认识恒星，古代天文学把天球上的恒星分成许多群落，叫做星座。1928年，国际天文学联合会正式公布国际通用的88个星座方案。同时规定以1875年的春分点和赤道为基准。根据88个星座在天球上的不同位置和恒星出没的情况，又划成五大区域，即北天拱极星座（5个）、北天星座（40～90°，19个）、黄道十二星座、赤道带星座（10个）、南天星座（-30～-90°，42个）。我国古代把天空分为三垣二十八宿三垣是北天极周围的3个区域，即紫微垣、太微垣、天市垣。二十八宿是在黄道和白道附近的28个区域，即东方七宿，南方七宿，西方七宿，北方七宿。东方青龙所属七宿是：角、亢、氐、房、心、尾、箕南方朱雀所属七宿是：井、鬼、柳、星、张、翼、轸西方白虎所属七宿是：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参北方玄武所属七宿是：斗、牛、女、虚、危、室、壁二、星图和星表我国：我国战国时代编制的《甘石星经》，载有121颗恒星的位置，是世界上最早的星表。石刻星图也属我过最早，我国南宋黄裳所作的石刻星图现保存于苏州市博物馆。甘石星经石刻星图二、星图和星表西方：《星云星团新总表》梅西耶天体（MessierObjects简称M）《星云星团新总表》（NEWGeneralCatalogueofNebulaandClustersofStars）是目前广泛使用的星团、星云和星系的一个基本星表，简称NGC，它由丹麦天文学家德雷尔根据英国天文学家赫歇尔家族早期星表于1888年编制的。星表包含约8000个天体，后增至13000个天体。星表梅西耶天体（MessierObjects简称M）它涵盖了天区各角落之星云、星团及星系等天体共110个，是法国18世纪中期一位著名天文学家查理斯梅西耶（CharlesMessier），以小口径望远镜对天上观测到的天体编排成的星表。星表三、星名星名：每个星座内的恒星，都按其视亮度的大小来排列。其名称为星座名+希腊字母。如小熊座α，猎户座β等。随着观测仪器的进步，观测到的天体越来越多，现代天文观测者所采用的命名法是编号法，以某种星座中星编排的号码来代替星座和星名。如NGC、M等。第三节天文学的距离单位天文单位(AU)：地月系质心相对于太阳的平均距离，通常也指日地平均距离，相当于1.4960×108km，用来表示太阳系内天体之间的距离。光年：9.4605×1012km=6.324×104AU秒差距:天体的周年视差为1″时与地球的距离，主要用于量度太阳系外天体的距离1秒差距＝3.0857×1013km＝206265AU＝3.2621·y·第四节天体系统和结构一、天体天体：宇宙间的物质形体。自然天体：用肉眼和光学望远镜能观察到的天体：恒星、行星、小行星、卫星、彗星、流星、星云、星团、银河系、河外星系等。用射电望远镜能观察到的天体：白矮星、脉冲星和中子星，红外源、射电源、x射线、γ射线、类星体等。用间接方法或天体物理方法探测存在的天体：黑矮星、黑洞、白洞等。人造天体：人造地球卫星、宇宙火箭及其残骸碎片，行星际飞船和空间实验室等。天球内的主要天体是恒星和星云。1、恒星恒星：一般由稠密的物质组成，主要成分是氢。具有巨大的质量，很高的温度和很大的体积，自身能够发光和发热的天体。2.星云星云是由气体和尘埃组成的云雾状天体。大麦哲伦星云小麦哲伦星云星云按发光表现分为两类：暗星云亮星云①弥漫星云，本身发射暗弱辐射，外形不规则；②反射星云，因反射附近亮星的光而发亮；③行星状星云，典型的形态是表面有亮度很高的圆盘或圆环；④超新星遗迹，高速膨胀的气体云，是恒星爆发时抛射的物质。上图：礁湖星云（M8）位于人马座，是银河上最亮的部分之一下图：玫瑰星云星云中的星团NGC2244，吹开气体，使星云看起来像一朵玫瑰花弥漫星云：本身发射暗弱辐射，外形不规则。女巫头星云(IC2118)，星云并不会发光，星云中的星际尘埃反射参宿七的星光。参宿位于星云右边一张照片宽度之外的远处。星云是蓝色的，这是因为参宿七看是蓝色的，也是因为星际尘埃的颗粒对蓝光的散射效率比红光要好。反射星云：因反射附近亮星的光而发亮。位于天兔座的