地球 地理坐标与天球坐标

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。

地球概论名词解释第一章地理坐标与天球坐标地球:太阳系九大行星之一。

人类居住的星球。

地轴:地球自转的轴线，和赤道平面相垂直。

南极，北极:地轴通过地心，同地面相交的两个交点经线:假定的沿地球表面连接南北两极而跟赤道垂直的线。

也叫子午线。

纬线:假定的沿地球表面跟赤道平行的线赤道:环绕地球表面，与地球南北两极距离相等的圆周线。

通过地心垂直于地球自转轴的平面称为“地球赤道面”。

地球赤道面将地球分为南北两个半球，是划分纬度的基准，赤道的纬度是零。

天球:为研究天体在天空中的位置及运动而引入的一个假想圆球。

尽管观测者离天体距离远近不一，但看上去，仿佛都散布在这个圆球的球面上。

天穹:人们所能接观测到的地平之上的半个球型的天空天球周日运动:全部日月星辰，概无例外地以相反的方向(向西)和相同的周期(1日)运动。

北极星: 天空北部的一颗亮星，距天球北极很近，差不多正对着地轴，从地球上看，它的位置几乎不变，可以靠它来辨别方向。

由于岁差，北极星并不是永远不变的某一颗星，现在是小熊座α星，到公元14，000年将是织女星。

周日圈:天体周日远动行径的路线太阳的周年运动:太阳以方向向东和周年(1年)，在群星间巡天一周。

黄道:太阳周年运动的视行路线。

地平圈: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个部分。

地平圈的两极是天顶Z和天底Z,)天赤道:地球赤道平面的无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。

(天赤道分天球为南北两半球。

它的两极叫天北极P和天南极P,) 黄道: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。

黄道的两极是黄北极K和黄南极K,无名点:天赤道对于黄道的两个远距点，尚无正式定名。

关于天球坐标基圈:球面坐标系的基本大圈，辅圈:通过基圈的两极，因而垂直于基圈的所有大圆。

始圈:通过原点的圈(本初子午线)关于地平坐标系地平经圈:通过天顶，天底且垂直于地平圈的一切大圆地平纬圈(等高线);一切于地平圈平行的圆子午圈:通过南点和北点(也必通过南北天极和上点，下点)的平经圈，必要时以天顶，天底为界，分为子圈(北半圈)和午圈卯酉圈:通过东点和西点的地平圈，必要时以天顶，天底为界，分为卯圈(东半圈)和酉圈高度:地平纬度天顶距:高度的余角(高度自地平圈起，沿天体所在的地平圈向上(下)度量，自0?—?90?。

天球坐标系和地球坐标系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。

第一章地理坐标与天球坐标第一节地理坐标一、经线和纬线1、地球上的经线和纬线大地是球体，称为地球。

地球的自转轴叫地轴。

地轴与地面相交的两点，是地球的两极，分别叫北极和南极。

为了地理定位的需要，人们设置地理坐标。

垂直于地轴的平面，同地面相交而成的圆，就是纬线。

其中最大的圆叫赤道。

通过地轴的平面，同地面相交的圆，就是经线。

经线等长，通过英国伦敦格林尼治天文台旧址的经线为本初子午线。

赤道为地理坐标的横轴，本初子午线为地理坐标的竖轴。

（地球仪）2、地球上的方向和距离地球上的方向，通常为地平方向。

经线为南北方向（子、午方向），为有限方向。

纬线为东西方向（卯、酉方向），无限方向。

地球上两点之间的最短距离，是通过他们的大圆弧线。

海里：地球上经线1分的长度。

1海里=40000/360×60=1.852Km。

公里：原来法国人把地球全周分为400度，每度分为100分，每分弧长就是1公里。

没有流传下来。

作为长度单位的公里，流传下来。

不过全周分为360度，每度60分，经线1度=40000/360=111.1公里。

二、经度和纬度1、经度和纬度纬度是一种线面角，直线（当地法线）同平面（赤道平面）的交角。

赤道以北为北纬（N），赤道以南为南纬（S），0度—90度量度。

经度是一个两面角，是本地子午线平面与本初子午线平面的交角。

自赤道与本初子午线的交点（地理坐标原点）起量，沿着赤道向东向西量度。

向东为东经（0度—180度），向西为西经（0度—180度）。

2、地理坐标一地的纬度，表示该地相对于赤道的南北位置。

一地的经度，表示该地子午面相对于本初子午面的东西位置。

二者之和表示该地的地理坐标。

例如北京的地理坐标是40°N,116o°E先说纬度，后说经度。

第一章地理坐标与天球坐标第二节天球坐标一、天球和天穹1、天球：以观测者为中心，无限远为半径（半径任意），包含一切天体的假想球面。

（天球）2、天穹：地平之上的半个天球。

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。