《天体视运动》PPT课件.ppt

,第四篇 天 文 航 海,广东海洋大学航海学院航海教研室,第三章 天体视运动 apparent motion of celestial body,由于地球的自转和绕太阳的公转，以及天体的自行，使得天体随时间在不停地运动着，人们在地球上看到天体的这种相对运动的现象称为天体视运动。,第一节 天体周日视运动 diurnal apparent motion of celestial body,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。,1.天体的出没（rise and set of celestial body）在周日视运动中，当天体中心通过测者地心真地平（celestial horizon）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(true rise)，位于西方真地平时称真没（true set）。,二、天体周日视运动的现象,当测者的纬度一定时，有出没天体的赤纬Dec应满足：Dec90,如果天体没有出没现象,其赤纬Dec应满足:Dec90 当Dec与同名时，天体不没；,当Dec与异名，天体不出。,1 天体的中天（meridian passage）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（upper meridian passage）。,此时，LHA0，当Dec，且同名时，0、180。,当Dec与异名或Dec，且同名时，天体半圆方位角180、位置角0；,天体中天时的高度称中天高度，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）Dec 上式中：Dec与同名取，Dec与异名取；当（90）Dec90时，H180（90）Dec。,（2）天体中心通过测者子圈时称下中天（lower meridian passage），此时天体的地方时角LHA180。航海中较少用！,3天体在上天半球运行现象 现以北纬测者（0 45N）为例（1）有出没的天体，其赤纬Dec90：,Dec0，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Dec 时，天体B过东西圈，经过四个象限；,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（如天体C）；,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90。,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。,（2）没有出没的天体，其赤纬Dec90：,为了便于对照记忆，将常涉及到的几种现象列于下表,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。,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ZDec，中天高度90Dec。当Dec0时，天体过天顶，其中天高度90。,（2）测者位于两极(90N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。,太阳赤纬（2327NDec2327S），太阳不出没的条件是其赤纬 Dec90 90Dec 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。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 sin hsin sin Deccos cos Dec cos LHA当、Dec为常量，h、LHA为变量时，微分上式,引起天体坐标的变化因素有很多，但是下面我们只讨论在周日视运动中，当测者纬度一定时，不计天体自行而引起的天体坐标的变化。,上两式中的“”号说明高度h随半圆时角LHA的增大而减小。当天体上中天时，其方位角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cos Dec，说明高度变化最快。,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的变化对其方位变化的影响,ctgA cos tg Dec cscLHAsin ctg LHA,天体上中天时，其位置角0或180，得,天体距角时，其位置角X=90，,对有出没并过东西圈的天体（Dec90，Dec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。,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Solar annual apparent motion,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。,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2327，该角称为黄赤交角(obliquity of the ecliptic)黄道与天赤道交于两个点，称两分点。太阳赤纬由S变为所经过的一点称春分点（vernal equinox），另一点为秋分点（autumnal equinox）。,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,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。每年1月3日前后，地球离太阳最近，称为近日点。此时地球受太阳引力最大，公转速度最快每年7月4日前后，地球离太阳最远，称为远日点。此时地球受太阳引力最小，公转速度最慢,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）阳光直射北半球，并且日照时间又长。所以北半球是夏季。而四季星空中所见的是在天球上与太阳相对（赤经差为 180）,三、在周年视运动中太阳赤经、赤纬的变化,黄道坐标系 基准圈：黄道 原点：春分点 几何极：黄北 坐标：黄经和黄纬黄纬：黄经：,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2327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d RA54.3；夏至点前后d RA62.3；秋分点前后d RA53.8；冬至点前后d RA66.6。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,太阳赤纬日变化量：d（Dec）=sincos dRA d基本上为定值，d为1 时可见太阳赤纬的日变化量是不等的。两分点前后一个月d Dec0.4两至点前后一个月d Dec0.1其他d Dec0.3,计算一年中任意一天的太阳赤经与赤纬近似值,例：试求11月12日太阳赤经和赤纬？解：11月12日与12月22日最接近12.22 RA 270 RA-40（12.22与11.12相差40天）11.12 RA 230 12.22 Dec 23 27S Dec1-3（12.22与11.22相差30天）Dec2-3（11.22与11.12相差30天）11.12 Dec 1727S,四、太阳视运动的轨迹是一条连续球面螺旋线,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2327N和2327S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）。,第三节 行星、月亮视运动简介,行星和月亮除了参与周日视运动外，还有它们自身的运动。从地球上看到行星（月亮）的相对运动现象称之为行星（月亮）视运动。一、行星视运动简介 从地球上所见行星的视运动并不是完全遵循同一方向。行星大部分时间在天球上作自西向东的运动称为顺行。小部分时间作自东向西的视运动，称为逆行。由顺行转为逆行时或反之，称为留。,一、行星视运动简介,1行星相对太阳的视运动通常人们以日地连线为基准来考察行星视运动（planet apparent motion）。水星和金星的轨道在地球之内称为地内行星。,顺行 留 逆行 留 顺行,上合,东大距,西大距,下合,从地球上看地内行星偏离太阳的距角达最大时称为大距，行星位于太阳东边称为东大距，日没后见于西天为昏星。行星位于太阳西边称为西大距，日出前见于东天为晨星。金星（Venus）大距时，其角距约为4548，因此，从地球上所见金星总是在太阳的附近。,金星的最亮日在东大距后约35日和西大距前约35日左右。分别称为下合前最亮日和下合后最亮日。,当金星运行在东大距与下合前最亮日和下合后最亮日与西大距之间时，白昼有可能观测到金星而用于天文定位。金星的动态日期可从航海天文历的“天象纪要”中查到。,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（moons path）。白道面与黄道面的平均角距约为509，称为黄白交角（obliquity of the moon path）。,白道与黄道交于两点，月亮在公转的过程中，由黄道南到黄道北所经过的一点称为升交点（ascending node），另一点为降交点（descending node）。由于地球公转，使得太阳每天相对恒星向东移动约1，所以每天太阳中天时间比恒星推迟约4m（1）。月亮以太阳为参考点绕地球运行一周的时间间隔称为一朔望月（lunar month）为29.53日。月亮每天相对太阳向东移动约13.21=12.2（或360/29.53），即月亮每天中天时间比太阳推迟约49m（12.2）。,月相出没规律表,