23第三章天体视运动

第四篇天文航海第三章天体视运动apparentmotionofcelestialbody第一节天体周日视运动diurnalapparentmotionofcelestialbody一、天体周日视运动的成因及其运动规律地球每日绕地轴自西向东自转一周，引起天球带着所有天体每日相对于地球自东向西运动一周的现象称为天体周日视运动。恒星：周日视运动轨迹是平行于天赤道的小圆即赤纬平行圈，又称周日平行圈太阳、月亮和行星：一条连续的球面螺旋线。二、天体周日视运动的现象天体周日视运动使天体产生出没、中天、高度和方位变化等诸多现象。1.天体的出没（riseandsetofcelestialbody）在周日视运动中，当天体中心通过测者地心真地平（celestialhorizon）时称天体的真出没。当天体中心位于东方真地平时称为真出(truerise)，位于西方真地平时称真没（trueset）。当测者的纬度一定时，有出没天体的赤纬Dec应满足：Dec＜90－φDZ'QQ'ZPNPSNSEWJ如果天体没有出没现象,其赤纬Dec应满足:Dec≥90－φ当Dec与φ同名时，天体不没；当Dec与φ异名，天体不出。2．天体的中天（meridianpassage）在周日视运动中，当天体中心经过测者子午圈时，称天体中天。（1）天体中心经过测者午圈时称天体上中天（uppermeridianpassage）。此时，LHA＝0当Decφ，且同名时，Ａ＝0、Ｘ＝180。当Dec与φ异名或Decφ，且同名时，Ａ＝180、Ｘ＝0；GAQQ'ZPNPSNSEWFB天体中天时的高度称中天高度Ｈ，如果测者纬度和天体赤纬Dec不变，这时天体的高度最高:H＝（90－φ）±Dec上式中：Dec与φ同名取＂＋＂，Dec与φ异名取＂－＂；当（90－φ）±Dec90°时，H＝180－〔（90－φ）±Dec〕。AQQ'ZPNPSNSEW（2）天体中心通过测者子圈时称下中天（lowermeridianpassage），此时天体的地方时角LHA＝180°。3．天体在上天半球运行现象现以北纬测者（0φ45N）为例（1）有出没的天体，其赤纬Dec90－：Dec＝0°，出E点，没W点，经过SE、SW两个象限。在地平上的时间等于地平下的时间。Dec与φ同名，均出NE象限，没NW象限。在地平上的时间大于地平下的时间。当Decφ时，天体B过东西圈，经过四个象限；ANSEWQQ'ZPNPSNSEWZ'B当Dec=时，天体中天时过天顶，其中天高度为90°，经过NE、NW两个象限；ANSEWQQ'ZPNPSNSEWZ'BC当Dec时，天体K经过NE、NW两个象限。当天体运行到其垂直圈（平面）与其赤纬平行圈相切的切点时，该天体的方位角达最大值，这时天体的位置称距角。天体在距角处（或称天体距角），其位置角Ｘ＝90°。KPNWEZNQSbaDec与异名，天体F：出SE象限，没SW象限，经过SE、SW两个象限。在地平上的时间小于地平下的时间。ANSEWQQ'ZPNPSNSEWZ'BCK（2）没有出没的天体，其赤纬Dec≥90－：F为了便于对照记忆，将常涉及到的几种现象列于下表要求天体条件说明有出没的天体Dec＜90－Dec与同名，在地平上的时间大于地平下的时间。Dec与异名，在地平上的时间小于地平下的时间。没有出没的天体Dec≥90－Dec与同名，不没。Dec与异名，不出。Dec＝90°－，恰好不出或不没。过东、西点的天体Dec＝0°周日平行圈为天赤道，方位在两个象限变化。在地平上下的时间相等。过东西圈的天体Dec＜，且同名方位在四个象限变化。过天顶的天体Dec＝，且同名中天高度为90°，方位在两个象限变化发生距角的天体Dec＞，且同名天体距角时其位置角X＝90°。方位在两个象限变化。4．不同纬度上天体周日视运动现象（1）测者位于赤道上（＝0°）测者能见全天所有天体。Z（Q）PN（N）Z´（Q´）PS（S）WE天体半圆方位A第一名称与赤纬同名，第二称与半圆地方时角同名。天体上中天时，其顶距Z＝Dec，中天高度Ｈ＝90－Dec。当Dec＝0°时，天体过天顶，其中天高度Ｈ＝90。（2）测者位于两极(＝90°N或S)所有天体均无出没现象，Dec与同名的天体不没，Dec与异名的天体不出。这时测者能见半个天球上的天体。而且所有天体的高度均等于其赤纬。PN（Z）PN´（Z´）太阳赤纬（2327N≤Dec⊙≤2327S），太阳不出没的条件是其赤纬Dec⊙≥90－≥90－Dec⊙故与Dec⊙同名时，会发生极昼现象，与Dec⊙异名时，会发生极夜现象。注：能否见到极昼或极夜现象与测者所在经度无关。（3）测者位于任意纬度（090）测者纬度愈高，不出没的天体愈多（能见天体愈少）。对于有出没的天体，其在地平上的时间随着测者纬度和天体赤纬的不同而变化。(以太阳为例)当天体赤纬等于0时，各地所见该天体在地平上、下的时间均相等；当测者纬度与天体赤纬同名时，纬度越高，天体在地平上的时间越长当测者纬度与天体赤纬异名时，纬度越高，天体在地平上的时间越短。三、天体周日视运动引起天体坐标的变化1．天体时角LHA的变化对其高度h变化的影响sinh＝sinsinDec＋coscosDeccosLHA＝－cosDecsinX)LHA(ddh)LHA(ddh＝－cossinA)LHA(ddh当天体上中天时，其方位角Ａ＝0°或180°，高度变化率为零，说明高度变化最慢。当天体过东西圈（卯酉圈）时，其方位角Ａ＝90°或270，高度变化率＝cos，说明高度变化最快。当天体距角时，其位置角X=90°，高度变化率＝－cosDec，说明高度变化最快。＝－cossinA)LHA(ddh＝－cosDecsinX)LHA(ddh综上所述得出以下结论：（1）当天体中天时，其高度变化最慢，在中天附近其高度变化缓慢；（2）当天体过东西圈时，其高度变化最快，且与测者纬度有关；（3）当天体距角时，其高度变化最快，且与天体赤纬有关。2．天体时角LHA的变化对其方位Ａ变化的影响ctgA＝tgDeccoscscLHA－sinctgLHA天体上中天时，其位置角Ｘ＝0或180，得天体距角时，其位置角X=90°，)LHA(ddA＝－（sin－coscosAtgh）)LHA(ddA＝－cosDeccosXsech)LHA(ddA＝cosDecsech，说明方位变化最快)LHA(ddA得＝0，说明天体方位变化最慢。对有出没并过东西圈的天体（Dec90－φ，Decφ且同名）来说，当天体出没和过东西圈时，方位变化率相等，均为－sin。可以证明，当天体介于出与东圈之间时（或西圈与没之间时），存在使方位变化率取得最小值的一点.天体位于该点时其方位变化最慢，在该点前后其方位变化缓慢。)LHA(ddA＝－（sin－coscosAtgh）NSEWQQ'ZPNPSNSEWZ'B综上所述得出以下结论：（1）当天体中天时，其方位变化最快，且与Dec和h有关，当Dec一定，中天高度越高（即纬度越低），方位变化越快；（2）当天体距角时，其方位变化最慢；（3）当天体介于出没与东西圈之间时，其方位变化缓慢。小结（1）当天体中天时，其高度变化最慢，其方位变化最快；（2）当天体过东西圈时，其高度变化最快，（3）当天体距角时，其高度变化最快，其方位变化最慢。（4）当天体介于出没与东西圈之间时，其方位变化缓慢。第二节太阳周年视运动Solarannualapparentmotion一、太阳周年视运动的成因地球除自转外，每年(约365.2422日)还绕太阳自西向东公转一周，由此而引起太阳每年相对地球自西向东运动一周的现象称为太阳周年视运动。PNPSMNMS1234ε＝232766331黄道（ecliptic）：地球公转轨道面与天球截得的大圆，亦即太阳周年视运动的轨迹。黄道平面与天赤道平面的夹角ε＝2327，该角称为黄赤交角obliquityoftheecliptic黄道与天赤道交于两个点，称两分点。太阳赤纬由S变为Ｎ所经过的一点称春分点（vernalequinox），另一点为秋分点（autumnalequinox）。在黄道上距两分点90°的两个点，称两至点。太阳赤纬为N时所经过的一点称夏至点。另一点为冬至点。二、太阳周年视运动的规律1．运动规律日期分、至点赤经RA赤纬Dec北半球日照说明3月21日春分0°0°昼夜相等北半球天文春季开始太阳北赤纬开始逐渐增大。6月22日夏至90°2327N昼长夜短北半球天文夏季开始。太阳北赤纬开始逐渐减小。9月23日秋分180°0°昼夜相等北半球天文秋季开始太阳南赤纬开始逐渐增大。12月22日冬至270°2327S昼短夜长北半球天文冬季开始。太阳南赤纬开始逐渐减小。2．太阳周年视运动为不等速运动太阳从春分点运行到秋分点（180°）需要约186天，而由秋分点运行到春分点（180°）则需要约179天，两者相差7天。所以，太阳在周年视运动的全过程中为不等速运动。3．四季和四季星空划分太阳赤纬周期性的变化，使地球产生了四季，即地球上的冷暖主要取决阳光的直射和斜射（与太阳赤纬有关），而不是地球距太阳的远近。每年6月22日前后（地球接近远日点）3．四季和四季星空划分太阳赤经周期性的变化，产生了四季星空。恒星在天球位置不变，太阳每30°（约一个月）经过一个星座。一年中太阳在黄道上经过12个星座(黄道12宫)太阳所在星座与太阳同升、没，被阳光所淹没（看不到）。与太阳相对（赤经差180°）星座能看到。当太阳降没时，该部分星座正好升起。太阳在黄道12宫内不停移动，与它相对的星座不停改变，测者同一地点，晚上的同一时刻，不同季节看到星座不一样。三、在周年视运动中太阳赤经、赤纬的变化分、至点赤经、赤纬值春分（3月21日）：RA=0°，Dec=0°夏至（6月22日）：RA=90°，Dec=23°27´秋分（9月23日）：RA=180°，Dec=0°冬至（12月22日）：RA=270°，Dec=23°27´三、在周年视运动中太阳赤经、赤纬的变化由于太阳在黄道上作不等速的周年视运动，而且黄道与天赤道又有一个2327的夹角，所以在太阳周年视运动中其赤经、赤纬的日变化量是不相等的。春分点前后dRA⊙≈54´.3；夏至点前后dRA⊙≈62´.3；秋分点前后dRA⊙≈53´.8；冬至点前后dRA⊙≈66´.6。在近似计算时，太阳平均赤经日变化量可取1°。三、在周年视运动中太阳赤经、赤纬的变化太阳赤纬与赤经日增量不等原因想同，太阳赤纬日变化量也不等。太阳赤纬两分点前后一个月为0.4°两至点前后一个月为0.1°其他日期为0.3°太阳赤纬平均日增量=23°27´/91天=0.26°根据以上数据，可以不用《航海天文历》情况下近似计算任意一天的太阳赤经和赤纬。四、太阳视运动的轨迹是一条连续的球面螺旋线由于太阳周日视运动和周年视运动是同时存在的，因此，我们所见太阳视运动是这两种运动的合运动。太阳视运动的轨迹是连续的球面螺旋线，其变化范围不超过2327N和2327S的赤纬平行圈。因此，该两赤纬平行圈分别称为北回归线（或夏至线）和南回归线（或冬至线）。二、月亮视运动简介月亮是地球的卫星，它自西向东地绕地球运转，其运行的轨道是一个椭圆，该椭圆平面与天球截得的大圆称为白道（moon'spath）。白道面与黄道面的平均角距约为509，称为黄白交角（obliquityofthemoonpath）。月亮出没规律表月相月出月亮中天月没新月日出中午日没上弦中午日没子夜满月日没子夜日出下弦子夜日出中午(P154)