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 D90-90- ZQQZPNPSNSEWJ如果天体没有出没现象如果天体没有出没现象, , 其赤其赤 纬纬DecDec应满足应满足: : n nDecDec9090 当当DecDec与与 同名时，天体不没同名时，天体不没 ；当当DecDec与与 异名，异名，天体天体不出不出 。 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，此时， LHALHA0 0 ，n n当当DecDec ，且同名时，且同名时，n n0 0 、180180 。 GAQQZPNPSNSEWF当当DecDec与异名或与异名或Dec90时，H180（90 ）Dec 。 AQQZPNPSNSEW（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 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。 KPNWEZNQSba 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。 ANSEW90-90-QQZPNPSNSEWZBCKn n（2 2）没有出没的天体，其赤纬）没有出没的天体，其赤纬DecDec9090 ： F为了便于对照记忆，将常涉及到的几种现象列于下表 要 求天 体 条 件说说 明有出没的天体Dec90 Dec与同名，在地平上的时间大于地平 下的时间。 Dec与异名，在地平上的时间小于地平 下的时间。 没有出没的天体Dec90 Dec与同名，不没。Dec与异名，不出 。 Dec90，恰好不出或不没。 过东、西点的天体Dec0周日平行圈为天赤道，方位在两个象限变 化。 在地平上下的时间相等。 过东西圈的天体Dec，且同名方位在四个象限变化。 过天顶的天体Dec，且同名中天高度为90，方位在两个象限变化 发生距角的天体Dec，且同名天体距角时其位置角X90。 方位在两个象限变化。 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 。 Z（Q）PN（N ）Z（Q ）PS（S）WE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。PN（Z ）PN（Z ）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n ncos Dec cos Dec sinXsinX)LHA(ddh)LHA(ddhn ncos cos sinAsinA )LHA(ddh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。 cos cos sinAsinA )LHA(ddhcos Dec cos Dec sinXsinX)LHA(ddh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 n nctgActgA coscos tgtg Dec Dec cscLHAcscLHAsin sin ctgctg LHA LHA 天体上中天时，其位置角天体上中天时，其位置角0 0 或或180180 ，得，得 天体距角时，其位置角天体距角时，其位置角X=90X=90，)LHA(ddA（sin sin cos cos cosA tg h cosA tg h ）)LHA(ddAcos Dec cosX sec h cos Dec cosX sec h )LHA(ddA coscos Dec sec h Dec sec h，说明方位变化最快说明方位变化最快)LHA(ddA得得 0 0，说明天体方位变化最慢。，说明天体方位变化最慢。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。 )LHA(ddA（sin sin cos cos cosA tg h cosA tg h ）NSEWQQZPNPSNSEWZB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 日期分、至点赤经RA赤纬Dec北半球日照说说明3月21日春分0 0昼夜相等北半球天文春季开始 太阳北赤纬开始逐渐 增大。 6月22日夏至902327N昼长夜短北半球天文夏季开始 。太阳北赤纬开始逐 渐减小。 9月23日秋分180 0昼夜相等北半球天文秋季开始 太阳南赤纬开始逐渐 增大。 12月22日冬至2702327S昼短夜长北半球天文冬季开始 。太阳南赤纬开始逐 渐减小。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