地理坐标和天球坐标
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。
地理坐标和天球坐标
图1-14 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）。
图1-15 天体的地平坐标： 高度和方位
2、第一赤道坐标系(也称时角坐标系) （1）用途：用于时间度量； （2）圆圈系统：天赤道，子午圈和六 时圈；
（3）基本要点：
第二节 天球坐标
天球 天球坐标
（一）定义
一、天球
天顶
人们所能直接看 天穹： 到的地平以上的 半个球形天空。 天球：以地心为球心， 以无穷大为半径 的假想球体。
地平圈
天底
（二）天球的特点
1、天球是假设的，实际上不存在，来源于视觉（天穹）
2、半径是任意长，观测者任何移动，球面形状不变。 3、球心可根据观测需要确定。地面天球/地心天球/日心天 球（除特殊说明，本课程所述天球为地心天球） 4、天球上天体位置不是真实位置，而是投影位置或视位置。 5、天球上天体只有角距离，而无线距离。
C · A · D · E B · ·
N
S C · B · A · · E D ·
三、经度和纬度
纬度（φ）
线面角 度量 方向
同一纬线上具有相同 的纬度
N
40º N 120ºE
A
•o
经度（λ）
两面角 度量 方向 同一经线上具有相同的经度
S
法线讨论
四、地理坐标
概念
用经度和纬度来表示 某地地理位置的方法。
图1-21（下） 天体的黄道坐 标系：黄纬和黄经
图1-20（上） 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。
（四）天体坐标系比较
类别 基圈 两极 地平坐标系 地平圈 天顶、天底 第一赤道坐标系 天赤道 天北极、天南极 第二赤道坐标系 天赤道 天北极、天南极 黄道坐标系 黄道 黄北极、黄南极
地球概论——地理坐标与天球坐标
经线都是大圆，纬度间隔大体相等：
❖ 1°约折合111km。
纬线是大小不等的圆
❖ 经度的间隔，随纬度增高而减小； ❖ 与纬度的余弦成反比。
图1-5 经度的间隔随纬度增大而减小
图1-6 在墨卡托投影图上的经纬线。经线互相平行，纬 线间隔由赤道向两极增大，以致格陵兰岛比南美洲还 大。
1、与诗句“坐地日行八万里，巡天遥 看一千河”最吻合的地点是：
89°S，90 °w 40 °N，80 °E 1 °S，10 °E 71 °N，180 °W
2、在下列地点中，符合东半球、北半 球、低纬度三个条件的是
0 °N，21 °W 26 °N，0 °E 17 °N，165 °E 15 °S，19 °W
3、在地球仪上，0 °经线与0 °纬线相比：
正好等长 纬线稍长 经线稍长 纬线是经线的一倍
❖ 垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆； ❖ 纬线相互平行，大小不等; ❖ 赤道(equator)：纬线中惟一的大圆， 将地球分为南北半球。
经线(meridian)
❖通过地轴的平面同地球相割 而成的圆；
❖经圈都是大圆，都在两极相 交，大小相同；
图1-1 经线和纬线 纬圈平面垂直于地轴,经圈平面都通过地轴
四、 天球上的方向和距离
❖方向：地球上方向的延伸；
❖东西方向：俯视天北极逆时 针方向为东；仰视天北极是顺 时针方向为向东。
❖距离：只有角距离。
图1-12 天球上的距离
第三节 天球坐标
球面坐标系 地平坐标系 第一赤道坐标系 第二赤道坐标系 黄道坐标系
图1-13球面坐标的一般模式 由基圈、始圈和终圈构成球面三角形
三、天球上的圆和点
❖ 三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；
地球概论(class)
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。
天球坐标系知识
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。
实验一 地理坐标与天球坐标
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。
【大学课件】地球概论 地理坐标和天球坐标
基圈上都有一个原点。原点指基圈同始圈的交点，是度量经度坐标 的起点。
辅圈是通过基圈的两极，垂直于基圈的所有大圆。在地理坐标系中， 它们就是经线。
通过原点的辅圈，叫做始圈。例如，地理坐标系中的始圈，就是本 初子午线。
球面上任一天体相对于基圈的方向和角距离，用纬度表示，是天体 的纵坐标。取值范围0°— 90°。例如，地理坐标系的纵坐标叫地理纬度。
1、用途：用来表示天体在天空中的方位和高度及 其 周日变化。例如： 旭日东升、夕阳西下、明月当空等。
2、圆圈系统：地平圈、子午圈、卯西圈，三圈相互垂直，将天空分为8块 。
3、基本要素： 基圈是地平圈。 原点通常是南点S，始圈通常是午圈。 地平纬度称高度（h），是天体相对于地平圈的方向和角距离。取值
范围0°—±90°。 地平经度称方位（A），是天体所在地地平经圈相对于午圈的方向和
练习
（1）a、b两颗恒星的方位如下面所述，请问需要 在天空的 什么方向上才能找到？ a星 A=－20° h=20° b星 A=100° h=－50°
（2）在下面图中标出c、d、e三颗天体的位置。已知三个天 体的坐标值是： a天体 A=0° h=－45° b天体 A=180° h=0° c天体 A=－90°h=0°
a
7
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球面上任一天体所在的辅圈平面相对于始圈平面的方向和角距离，用 经度表示，是天体的横坐标。取值范围0°— ±90°。例如，地理坐标系的 横坐标叫地理经度。
介点（终圈与基圈的交点）度量纬度坐标的起点。
a
8
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二、地平坐标系 地平坐标系——用高度h和方位A来表示天体的位置。
a
12
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地理坐标 天球坐标
一、地球上的经纬线
纬线（圈）
N
概念 特点 赤道 极
经线
经圈和经线 特点
•o
本初子午线 本地子午线
地球上的方向
和距离
S
第一节 地理坐标
地球上的经纬线 经南北方向
北：沿经线指向北极 C 南：沿经线指向南极
点
•o
经度
球面上任一点所在辅圈相对 于始圈的方向和角距离
极
课堂练习
如以通过北京（1160E）的经线为本初子午线， 那么，现在的00经线的经度将是多少？ 如以现在的1200E经线为本初子午线，那么， 上海（1210E）的经度将是多少？ 亚洲大陆最北点纬度为77043′N，最南点纬 度为1017′N，最东点经度为169040′W，最西 点经度为26003′E。求亚洲大陆东西的经度 跨距与南北纬度跨距各是多少？
同一经线上具有相同的经度
S
三、地理坐标
概念
用经度和纬度来表示 某地地理位置的方法。
书写格式
纬度在前，经度在后
数字在前，符号在后
A(40ºN,120ºE)
N A
•o
S
四、球面坐标模式
度量纬度的起点，经度也
基圈 是度量它的一段弧
极
辅圈 垂直于基圈的大圆
始圈：度量经度的起始面 原
纬度
球面上任一点相对于 基圈的方向和角距离
秋分点
夏至点
与天赤道的交点
与天赤道的大距点
地平圈
冬至点
天子午圈
春分点 K´
P´
地球公转轨道与黄道
黄道：太阳在天球上作周年视运动的路线。
课后练习
1.何谓天球周日运动和太阳周年运动？为什 么会有夜班中星的变化？
2.为什么
纬线代表东西方向
东：顺地球自转方向 西：逆地球自转方向
N
A
•o
B
S
判断下二图中，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ各位
于Ａ点的什么方向？
方
向 的
·C
练 习
N ·A ·D ·B ·E
S
·C
·A
·B ·E
·D
二、经度和纬度
40ºN 120ºE
纬度（φ）
N
线面角 度量 方向
同一纬线上具有相同 的纬度
A
•o
经度（λ）
两面角 度量 方向
地理纬度φ与地心纬度φ’
N
•o
S
天球的概念
人们所能直接看 天穹：到的地平以上的
半个球形天空。 以地心为球心， 天球：以无穷大为半径 的假想球体。
天球上的圈和点
天顶
地平圈 天底
第二节 天球坐标
天球 天球坐标
天球图示
天球上的几个圈和点
天赤道
P
概念 天北极、天南极 K
黄道
概念 黄北极、黄南极