地理坐标和天球坐标

第一章地理坐标与天球坐标主要内容：地面上点位置及天球上天体位置的描述。

第一节地理坐标教学目的：１．掌握地球上方向的描述方法。

２．掌握经纬线及经纬度的概念。

３．掌握地理坐标的书写方法，会使用地球仪查找经纬度。

教学难点：１．方向的描述。

２．经纬度的度量及球面坐标模式的建立。

课时：３课时。

教学过程：地心——地球的球心０地轴——地球的自转轴北极Ｎ地极——地轴与地面的两个交点南极Ｓ一．地球上的经纬线（一）纬线（圈）１．概念（Ｐ１）２．特点（１）地球表面有无数条纬线。

（２）纬线相互平行。

∵纬线平面⊥地轴（３）纬线大小不等。

纬圈的半径随切割平面与地心距离的增大而减小。

３．赤道垂直于地轴并通过地心的平面与地面的交线。

赤道是纬线中唯一的大圆。

赤道将地球分为南北两半球。

４．极地面上距离赤道最远的两点。

可视为半径为０的纬线。

（二）经线１．概念（Ｐ２）经圈：一切通过地轴的平面同地面相割而成的圆。

所有经圈都是大圆。

经线：每一经圈被南北两极等分为两个半圆，每个半圆叫做经线或子午线。

２．特点（１）地球表面有无数条经线。

地球上的任何一点都可以看作是某条经线与纬线的交点。

（２）所有经线大小相等。

（半个大圆）（３）所有经线相交于南北两极。

经线即连接南北两极的大圆弧。

（４）经线与纬线相互垂直。

３．本初子午线（Ｐ２）通过格林尼治天文台原址的经线。

是人为选定的作为经度起始面的经线。

1884年国际经度会议将其定为本初子午线。

４．本地子午线对整个地球来说，有无数条。

通过本地的子午线对一个地点来说，只有一条。

（三）地球上的方向经纬线代表着地球上的方向，每一地点的经纬线分别指示该地的正东、正西、正南、正北四个方向。

１．经线代表南北方向北：即沿经线指向北极南：即沿经线指向南极南北方向是有限的方向：北极是向北的终点，也是向南的起点；南极是向南的终点，也是向北的起点。

２．纬线代表东西方向东：顺地球自转的方向西：逆地球自转的方向东西方向是无限的方向，因为纬圈无始终。

地球概论复习资料第一章地理坐标与天球坐标第一节地理坐标1．经线1O为111.1km2．地理上有一个约定俗成的规矩：在读取和书写地理坐标时，总是纬度在先，经度在后；数字在线符号在后。

3．经线等于经圈的一半，纬线等同于纬圈。

第二节天球坐标1．天体周日运动行经的路线叫周日圈。

天体愈接近天极，其周日愈小；离极愈远，周日愈大。

这里要先提请注意：天体的周日圈，就是它所在的那条赤纬圈。

2．天球上有三个基本大圈：地平圈、天赤道、黄道1）地平圈的两极是天顶（Z）和天底（Z’）2）天赤道的两极是天北极（P）和天南极（P’）3）黄道的两极是黄北极（K）和黄南极（K’）4）天赤道与地平圈的两个交点是东点和西点。

东西南北四点是地平圈的正点。

5）地平圈对于天赤道的二个远距点是南点和北点。

6）天赤道对于地平圈的两个远距点是上点（Q）和下点（Q’）。

7）天赤道与黄道的交点称二分点（春分点，秋分点）8）子午圈的两极是东点和西点。

9）卯酉圈的两极是北点和南点。

10）六时圈的两极是上点和下点。

11）子午圈与地平圈的交点是北点和南点。

12）子午圈与天赤道的交点是上点和下点。

13）子午圈与卯酉圈的交点是天顶和天底。

14）子午圈和六时圈的交点是天北极和天南极。

3．在天外俯视天北极，天球周日运动（向西）是顺时针方向旋转；而在地球上仰视天北极，则天球周日运动（向西）呈逆时针方向旋转。

4．地平坐标系与第一赤道坐标系的联系：仰极高度=天顶赤纬=当地纬度。

5．基圈和始圈上的点，其纬度或经度为零；极点的纬度为900，经度则为任意第二章地球的宇宙环境第三节恒星和星系1．恒星都是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。

2．距离太阳系最近的恒星是半人马座α（中文名南门二），其距离是4.22光年。

距离地球最近的是太阳。

3．标准距离（10秒差距）下的恒星亮度称绝对亮度，其星等叫绝对星等。

1秒差距（1PC）=3.26光年4．赫罗图的一项应用，是求主序星的距离。

第一章地理坐标与天球坐标第一节地理坐标101经线和纬线§101-1地球上的经线和纬线地球的自转轴叫地轴.地轴通过地心，它同地面相交的两个端点，是地球的两极，分别叫北极和南极。

纬线意即横线，经线则是竖线.平面上的直线，到了球面上就成了弧线.所以，纬线和经线都是地球上大大小小的圆。

在几何上，任何圆都代表一定的平面，因此,球面上的圆,都可以看作一定的平面同球面的截割线。

纬线与经线的差异，在于各自平面同地轴的关系：前者垂直于地轴，后者则通过地轴。

纬线平面垂直于地轴，经线平面都通过地轴。

一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的圆，都是纬线.所有纬线互相平行，大小不等。

其中,垂直于地轴，且通过地心的平面同地面相割而成的圆，是纬线中的唯一大圆，名叫赤道.赤道分地球为南北两半球，是地理坐标系的横轴。

一切通过地轴（也必通过地心）的平面同地面相割而成的圆，都是经圈。

所有经圈都是大圆，因而有同样的大小。

它们都在南北两极相交，并被等分为二个半圆,这样的半圆叫经线。

其中，通过英国伦敦格林尼治天文台的那条经线，被公认为本初子午线，即0°经线.它是地理坐标系的纵轴。

经线和纬线处处相交.每一条经线通过所有的纬线；每一条纬线也通过所有的经线，而且相互垂直。

地球上每一地点,都可以看成特定的经线和纬线的交点，从而确定它们的地理位置。

§101—2地球上的方向和距离地球上的方向，通常是指地平方向。

地平圈上的东南西北四正点，代表地平方向的东南西北四正向.我国古代用十二地支(子丑寅卯……戌亥）表示地平方向，其中的子午和卯酉,分别就是南北和东西向.在地球上,经线就是南北线（故经线也叫子午线）。

所有经线都相交于南北两极，向北就是向北极,向南就是向南极.南北两极是世界的二个顶端，它们分别是南北方向的终点，同时又是二者的起点.北极是向南的起点，那里的四面八方都朝南，没有别的方向；南极则是向北的起点，与北极情形相反.因此，南北方向是有限方向，有其起始和终极。

天球坐标系天球坐标系是利用基本星历表的数据把基本坐标系固定在天球上，星历表中列出一定数量的恒星在某历元的天体赤道坐标值，以及由于岁差和自转共同影响而产生的坐标变化。

常用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。

在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式来描述。

1. 天球空间直角坐标系的定义地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ 平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。

则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。

2．天球球面坐标系的定义地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。

空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。

天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图2-1表示：图2-1 天球直角坐标系与球面坐标系对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系：2.1.2地球坐标系地球坐标系有两种几何表达方式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

1．地球直角坐标系的定义地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。

2.地球大地坐标系的定义地球大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合。

空间点位置在该坐标系中表述为（L，B，H）。

地球直角坐标系和地球大地坐标系可用图2-2表示：图2-2 地球直角坐标系和大地坐标系对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：2.1.3站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系1．站心赤道直角坐标系2．站心地平直角坐标系以P1为原点，以P1点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x，z垂直（向东为正）建立的坐标系叫站心地平直角坐标系。

实验一地理坐标与天球坐标一、实验目的：1.掌握地球天球仪的结构；2.运用地球仪与天球仪读取坐标。

二、实验内容：1.地理坐标的建立与使用；2.天球坐标的建立与使用。

三、实验用品：1.地球仪；2.天球仪；3.转动星图。

四、实验过程：（一）地球仪的构造与用法：1.构造：球部：经纬网、赤道、本初子午线、地名。

支架：支撑球部使其自由转动以演示地球自转，转动轴与赤道有23º26'的交角。

2.用途与用法：用途：用于确定地球上点的位置、查找地物的名称及经纬度范围。

用法：查地物坐标或用坐标查地物。

（二）天球仪的构造与用法：1.构造：（如图1）图1（1）球部：星座名称、恒星、坐标（第一赤道坐标系、第二赤道坐标系）、银河系等。

天球是天球仪的主体，其中心轴线代表天轴。

天轴两端有轴承，装在子午线圈上，用以支持天球的旋转。

两个轴承即天北极P和天南极P′。

天球上距两天极相等距离的大圆为天赤道。

和天赤道正交的大圆（以两极为终端）是赤经圈，其间是1h（150），其赤经值注明在天赤道上。

与天赤道平行的是赤纬圈，间距一般是100。

和天赤道斜交约23.5°的大圆为黄道，其上注明黄经度数、日期和节气，表明不同日期太阳在周年视运动中的位置。

黄道的两个极，即黄北极和黄南极，他们分别与天北极和天南极的角距离大约23.5°。

黄道和天赤道相交的两点：春分点和秋分点，O h赤经线通过的点是春分点，12h赤经线通过的点是秋分点。

6h 赤经线与黄道的交点是夏至点，18h赤经线与黄道的交点是冬至点。

天球上绘有星座图形，肉眼可见的有星团和星云及银河等，银河的中心线是银道。

（2）圈：子午圈、地平圈。

子午圈是通过天极和所测地南点、北点及天顶的大圆。

子午圈与天赤道相垂直，自天赤道到两极0°~90°的刻度，子午圈的最高点是天顶，与之对应的最低点是天底。

天顶和天底连线即所测点的铅垂线。

地平圈是过地心垂直于当地铅垂线的球面大圆，地平圈与子午圈相交于北点和南点，与天赤道相交与东点和西点。

天球坐标系天球坐标系是利用基本星历表的数据把基本坐标系固定在天球上，星历表中列出一定数量的恒星在某历元的天体赤道坐标值，以及由于岁差和自转共同影响而产生的坐标变化。

常用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。

在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式来描述。

1. 天球空间直角坐标系的定义地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ 平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。

则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。

2．天球球面坐标系的定义地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。

空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。

天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图2-1表示：图2-1 天球直角坐标系与球面坐标系对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系：2.1.2地球坐标系地球坐标系有两种几何表达方式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

1．地球直角坐标系的定义地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。

2.地球大地坐标系的定义地球大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合。

空间点位置在该坐标系中表述为（L，B，H）。

地球直角坐标系和地球大地坐标系可用图2-2表示：图2-2 地球直角坐标系和大地坐标系对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：2.1.3站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系1．站心赤道直角坐标系2．站心地平直角坐标系以P1为原点，以P1点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x，z垂直（向东为正）建立的坐标系叫站心地平直角坐标系。

天球坐标系与地坏上的地理坐标系的说法天球坐标系与地坏上的地理坐标系，这是一个让人头疼的概念。

不过别担心，我来给你讲讲，绝对让你轻松理解！我们来说说天球坐标系。

天球坐标系是一个假想的圆球体，它的表面上有无数个点，这些点的坐标就是天球坐标。

天球坐标系里的点是按照赤道、春分点、秋分点等特殊位置划分的。

这个坐标系有点像我们的地球，只不过它是一个虚拟的球体，而不是一个真实的球体。

现在我们再来看看地理坐标系。

地理坐标系就是一个我们现实生活中的坐标系，它是由经度、纬度和海拔高度组成的。

经度是从东到西的一条线，纬度是从南到北的一条线，海拔高度则是从地球表面到海平面的高度差。

这个坐标系是我们用来描述地球表面位置的一个标准体系。

天球坐标系和地理坐标系之间的关系就像是我们小时候玩的“东南西北”游戏。

在这个游戏中，我们需要根据一个点的位置来判断它是在哪个方向上。

比如说，如果我们知道一个点的经度和纬度，那么我们就可以判断出它是在东边还是西边，是北边还是南边。

而如果我们知道一个点的海拔高度，那么我们就可以判断出它是在地面上还是在空中。

虽然天球坐标系和地理坐标系看起来很不一样，但是它们之间其实有很多相似之处。

比如说，它们都是用来描述空间位置的；它们都有自己的标准体系；它们都可以用来进行导航和定位等等。

所以说，虽然它们的形式不同，但是它们的功能是一样的。

当然了，天球坐标系和地理坐标系之间也存在一些差异。

比如说，天球坐标系中的点是没有海拔高度的，而地理坐标系中的点是有海拔高度的；天球坐标系中的点是按照赤道、春分点、秋分点等特殊位置划分的，而地理坐标系中的点则是按照经度、纬度划分的等等。

这些差异可能会让初学者感到有些困惑，但是只要你多花点时间去理解它们之间的联系和区别，就一定能够掌握它们。

天球坐标系和地理坐标系是我们研究空间位置时必须要用到的概念。

虽然它们看起来很复杂，但是只要你用心去学，就一定能够掌握它们。

就像我们小时候玩的“东南西北”游戏一样，只要你知道了规则和方法，就能够轻松地找到正确的答案。