天体的视运动

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1、天文学导论,第2讲 天体的视运动,本讲内容,星座与星图 （自学） 月相、日月食（自学） 行星的视运动 （自学） 地球自转： 太阳的周日视运动：时区（自学） 天体的周日视运动 地球公转：太阳的周年视运动 赤道坐标系：恒星时 地球自转轴的进动：岁差，坐标改正,1。星座与星图（自学）,古人运用幻想力把杂乱无章的星星用线连起来构成星座，更为它们编织美丽动人的神话故事 每一个民族的星座划分和神话都不相同。1929年，国际天文联合会（IAU）正式把全天划分为88个星座，并清楚界定每一个星座的边界。因此每颗星属于且只能属于一个星座,星座只是天上一个一个的区域，并不表示每个星座的星星之间存在一定的内在联系，例

2、如以引力而被束缚的一个系统。而且星座仅代表本天区中较亮的星,星图,地图平放地上；星图高举过头仰望之 两者的东西方向相反（？）,星图种类多多！ 连线只为方便辨认 大小不代表体积而表示相对亮度,昴星团 M45,专业星图,昴星团 M45,2。月亮（自学）,不变的脸：地球上的观测者无论何时都只能“看到”月球的同一面即近地的一面,同步自转： 月球的自转周期=月球的公转周期,月球本身不发射可见光，只反射太阳光 月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小 月亮的会合周期(synodic period)（塑望月）- 新月到新月：29.53 天,月相 Moon Phases,日月食,进入影子：由于月球在地

3、球和太阳之间运动 日食：地球进入月球的阴影 月食：月球进入地球的阴影,Umbra 本影: 太阳被完全遮掩 Penumbra 半影：太阳被部分遮掩 食的种类 全食 偏食 环食,地月距离在变化！,为什么每月不发生两次日月食？,月相暗示：似乎每个月应有一次日食（新月）和一次月食（满月），但是日月食大约每11个月才发生一次 这是因为月球的轨（白）道面和地球的轨（黄）道面呈大约5度的夹角 月相与食无关： 月相是阳光从不同的方向照射月球的结果，而食是地球和月球通过对方影子的结果,食产生的条件,月球运动到地球的轨道（黄道）面且必须是严格的新月或满月 通常当月球通过黄道面时并非新月或满月；或者在新月或满月时月

4、球通常不会通过黄道面,日食 Solar Eclipse,月球在黄道面且严格新月（初一），月球的影子投到地球上 三类日食： Total solar eclipses 日全食 Partial solar eclipses 日偏食 Annular solar eclipses 日环食 月球和太阳的视大小几乎相同 日全食 金星凌日：2004年6月8日,日偏食，最常见,日全食奇景：钻石环,接 近 日 全 食 的 時 候 ， 由 於 月 球 的 邊 緣 丁 點 的 凹 凸 不 平 ， 部 分 太 陽 光 線 會 在 凹 位 漏 了 出 來 ， 形 成 不 連 續 的 光 點 。 在 日 全 食 前 的 一

5、 刻 我 們 只 能 見 到 太 陽 的 極 小 部 分 如 下 圖 所 示 這 個 現 象 稱 為 鑽 石 環 （贝利珠）,日 全 食 時 ， 天 昏 地 暗 ， 宛 如 暮 色 朧 合 四 野 ， 天 上 你 可 看 見 亮 星 和 行 星 ， 太 陽 表 面 由 於 被 月 球 完 全 掩 蓋 ， 原 本 非 常 暗 淡 的 日 冕 這 時 清 晰 可 見 。 一 般 來 說 ， 日 全 食 過 程 約 維 持 兩 分 鐘 左 右 ， 接 著 鑽 石 環 復 現 ， 日 全 食 結 束,日全食奇景,Corona 日冕,Prominences 日珥,日环食,由于地球和月球的距离并不固定，所

6、以在地球看来，月球的角大小也会发生变化。有时，月球虽处于能造成日“全”食的位置，但由于月球的角大小不足以掩盖整个太阳，便出现如戒指班的日环食,由于潮汐摩擦作用，月球正渐渐远离地球，数万年后，月球的视直径会变得很小，届时地球上便再也不能看到日全食了,Lunar eclipse月食,月球在黄道面且严格满月（十五），地球的影子投到月球上 两类月食： Total lunar eclipses 月全食：完全进入本影 Partial lunar eclipses 月偏食：部分进入本影,月全食全过程,红月亮曝光时间长 白点为背景星,月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光

7、并到达月球所致,日食和月食的持续时间,由于地球的影子远大于月球的影子，所以月（全）食时间比日（全）食长得多 日全食最长持续7.5分钟，通常只有3-4分钟 月全食可持续大约1小时45分 月球的轨道运动和地球的自转使得影子变得狭长，因此每次日全食时世界上仅有很少地区能看到,请“关注”近期中国日全食 2008年8月1日（西北地区） 2009年7月22日（长江流域） 2035年9月2日（北京） 2010年1月15日中国日环食,西,3。行星的运动（自学）,除了“东升西落”，行星是在天球上四处游荡（相对于背景星）的“星” 行星名称的由来 其原因是行星和地球一样在绕日公转，造成和地球相对位置的不断变化,内行

8、星的运动,水星和金星的轨道在地球轨道之内 在地球上看来，它们和太阳形影不离 由太阳东面走到太阳西面（晨星），再回到东面（昏星） 由于靠太阳很近，只能在日出前或黄昏后看到 金星：天空中第三颗最亮的天体 晨星：日出前的金星 昏星：日落后的金星,金星：晨星和昏星,外行星的运动,火星、木星、土星、天王星和海王星 绕日公转，但轨道在地球轨道之外 在天球上相对于背景星的运动，基本上是由西向东移动，称为顺行 由于地球公转速度较快，外行星有时被地球“超过”，这时在地球上看来，它们在天球上的运动完全倒转，变成自东向西，称为逆行 外行星每次逆行数星期至数月不等，所以一夜间不可能看到顺行和逆行的交替 内行星也有顺行

9、和逆行,火星的顺行和逆行,东 西,4。地球自转 天体周日视运动,太阳每天东升西落 昼夜 夜晚,所有天体即星星（月球、行星和所有恒星及其它天体）也都每天东升西落 天体的这类运动并非所有天体都眼巴巴地绕着地球旋转，其实这是由于地球自转所造成的假象，故称为天体的周日视运动,天如张盖，笼罩四野,天顶,子午线,南,北,地平面（圈）,东,西,头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间,太阳的周日视运动,太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天）（同恒星的视运动） 正午：太阳到达子午线 太阳连续两次通过正午的时间为24小时，称为一个太阳日（the solar day），即钟表时间 am

10、和 pm ante meridiem (Latin for before meridian) post meridiem (Latin for after meridian),*时区 Time Zones （自学）*,Sunlight,Earth,Midday,Midnight,Sunset,Sunrise,*为什么需要时区？*,在任一相同时刻，地球上不同的地方有不同的时间（相对于太阳） 在你东边的人早看到太阳到达子午线，而在你西边的人则晚看到太阳到达子午线 经度每相差1度，太阳通过子午线（当地正午）的时间相差4分钟 如果全世界用同一个时间，我们的时钟将不会与太阳同步,如果每个城市都根据自己的

11、正午制定时间，那么事情将变得很复杂，你将忙于调整你的手表时间 折衷且明智的办法：划分时区。全球分为24个时区，每个时区的经度宽度为15度，对应的时差为 154 minutes/degree = 60 minutes = 1 hour。每个时区采用本时区中央经度所对应的时间 一个国家/地区通常采用一个时区 北京（东经116度22分）时间：东八区中央经度即东经120度的时间,世界时 Universal Time (UT),天文事件通常用世界时（UT） 或 Coordinated Universal Time (UTC) ，近似为 the local time for Greenwich （ the

12、 Greenwich Mean Time (GMT) 格林尼治平时） 世界时与本地时间的转换： 北京时间=UT+8小时 北京地方时和北京时间完全是两码事！ 北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午,The Celestial Sphere 天球,北极,南极,赤道,北天极,南天极,天赤道,东,把天空幻想为一个大水晶球，所有天体包括太阳、月亮和星星等都镶嵌在天球上，而地球则孤悬于天球的中央,天体的周日视运动,地球自西向东自转，造成天体每天东升西落的错觉,拱极星：靠近南北天极，永

13、不落 北极星：最靠近北天极，似乎永远 静止不动,北极星（北天极）的高度,北极星（北天极）相对于地面的高度取决于观测者所在的地理纬度，例如在北京，北极星在正北离地面约40度高的位置,地赤道,北京： 东经116度22分 北纬39度58分,南北天极：不变的参考点,南北天极的高度等于观测者所在地的地理纬度 可幸的是，在北半球，在非常靠近北天极的地方有一颗相当亮的星，即北极星，为我们指引方向 在北半球有些星永远不会东升：居住在北半球的人永远看不到接近南天极的星 居住在南半球的人永远看不到接近北天极的星 可惜的是，南天极附近没有亮星，所以没有“南极星”为南半球居民指引方向（南十字座）,天赤道不变的参考点,

14、到天极的弧距离总是90度 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹） 在地球上无论何时何地： 天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向 总能看到1/2天赤道 在地球两极，天赤道=地平线,天顶、地平线和子午线：本地参考系,天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动 天顶总是与地平线成 90 度角 子午线由南到北平分半个天球 相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变： 天球在转动 观测者在地球上移动 任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置（夜晚的星星，白天的太阳）：中天 天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为： 90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角）,在北极,天顶

15、=北天极 NCP,地平线圈=天赤道,地(天)轴,所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落,头顶北极星,在北京! (40N),90度-纬度,=Latitude 纬度,在北京向东看,天体从东偏北方向升起,90度-纬度,南,在北京向西看,天体向西偏北方向落下,北,90-纬度,在北京向北看,可见北极星和拱极星,北天极,东,北极星,北极星（北天极）高度随地理纬度降低而降低。星星环绕北天极转圆圈,北半球可见的恒星视运动,北天极附近星星视运动轨迹,在地球赤道上,所有星在地平面上12小时 所有星垂直于地平面升起和下落 “可见所有星”,南天极附近星星视运动轨迹,南半球的星空,自己想想！,英澳天文台,5。地球

16、公转 太阳周年视运动,在天球上，恒星的位置及其相对位置是固定不变的 整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确 太阳每天都在星星中间向东缓慢游走（假如白天能看到星星的话！） 而且，在每天晚上的任何特定时刻你所看到的每个星星的位置（例如升起时间）也在缓慢变化 （你已经知道了星星的周日视运动) 其实2正是1的结果！,答案是,太阳相对于恒星的移动是由于地球在绕太阳公转： 每天晚上看到不同的星星 假如白天能看到星星，太阳将有不同的背景星,黄道 ecliptic,太阳的周年视运动：地球的公转造成太阳在天球上的位置时时刻刻自西向东移动，每年环绕天球一周 太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道 太阳向东缓慢移动（滞后于恒星）再回到原处（相对于背景星）的周期为一年365.24