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1、天文航海天文航海武汉理工大学武汉理工大学 主要内容主要内容第一章第一章 天文航海概述天文航海概述一一一一第二章第二章天球坐标系天球坐标系二二二二第三章第三章天体视运动天体视运动三三三三第四章第四章 时间与天体位置时间与天体位置四四四四天文航海主要特点天文航海主要特点1、优点：、优点：（1）设备简单、可靠）设备简单、可靠（2）观测天体是自然天体，不受人为控制；）观测天体是自然天体，不受人为控制；（3）不发射任何声、光和电波，因而具有隐蔽性等优点不发射任何声、光和电波，因而具有隐蔽性等优点2、缺点：缺点：（1）受自然条件限制，不能全天候导航；受自然条件限制，不能全天候导航；（2）必须人工观测，计算
2、烦琐；必须人工观测，计算烦琐；第一章第一章天文航海概述天文航海概述1、新的航海仪器的发明使夜间天文观测成为可能，、新的航海仪器的发明使夜间天文观测成为可能，如射电六分仪、夜视六分仪等；如射电六分仪、夜视六分仪等；2、计算机科学与天文学逐步结合；、计算机科学与天文学逐步结合；天文航海发展趋势天文航海发展趋势一、定位实质一、定位实质无论采用什么定位方法，都可以归结为求两条以上船位线交点的无论采用什么定位方法，都可以归结为求两条以上船位线交点的问题。问题。二、天文观测实质二、天文观测实质在某一时刻，利用六分仪（专用侧角仪器）观测某一天体的高度在某一时刻，利用六分仪（专用侧角仪器）观测某一天体的高度（
3、天体与水天线间的垂直夹角），经过一系列的计算，可以求得（天体与水天线间的垂直夹角），经过一系列的计算，可以求得一条船位线。如果同时观测了两个天体，则可求得两条船位线，一条船位线。如果同时观测了两个天体，则可求得两条船位线，该两条船位线的交点就是天文观测船位。根据所观测天体高度和该两条船位线的交点就是天文观测船位。根据所观测天体高度和观测准确时间求天文船位的问题是天文航海要解决的主要问题之观测准确时间求天文船位的问题是天文航海要解决的主要问题之一。一。三、天文观测中，通常采用地球第一近似圆球体。三、天文观测中，通常采用地球第一近似圆球体。第一节第一节天文定位基本概念天文定位基本概念四、天文观测原
4、理四、天文观测原理四、天文观测原理四、天文观测原理第二节第二节天文航海主要内容天文航海主要内容一、天文航海主要内容一、天文航海主要内容1、观测天体定位，即观测天体高度，同时记录观测时观测天体定位，即观测天体高度，同时记录观测时间来确定船舶在海上的位置；间来确定船舶在海上的位置；球面天文学和普通天文学的基本理论和知识；球面天文学和普通天文学的基本理论和知识；研究天文导航的原理、方法、设备和误差；研究天文导航的原理、方法、设备和误差；时间系统；时间系统；2、观测天体求罗经差，即观测天体的罗方位，同时记观测天体求罗经差，即观测天体的罗方位，同时记录观测时间来录观测时间来罗经差；罗经差；3、天文导航计
5、算问题的数学模型和应用程序；天文导航计算问题的数学模型和应用程序；二、天文航海各相关内容简介二、天文航海各相关内容简介二、天文航海各相关内容简介二、天文航海各相关内容简介1、观测天体定位观测天体定位2、观测天体求罗经差观测天体求罗经差观测天体求罗经差是目前在大洋航行中测定罗经观测天体求罗经差是目前在大洋航行中测定罗经差的主要方法差的主要方法3、天文数学建模天文数学建模一、天球一、天球1、形状：夜晚仰望天空时，天空就像一个倒扣过来的半球形；2、定义：以地球为球心，以无限长为半径所作的球面叫天球（CelestialSphere）。第二章第二章天球坐标系天球坐标系第一节第一节天球坐标系天球坐标系1、
6、与地球有关的基本点、与地球有关的基本点、线、圈线、圈二、天球上的基本点、线、圈二、天球上的基本点、线、圈2、与天体有关的基本点、与天体有关的基本点、线、圈线、圈3、与测者有关的基本点、与测者有关的基本点、线、圈线、圈4、基本概念基本概念（1）仰极：仰极：与测者纬度同名的天极；与测者纬度同名的天极；真地平以上的天极；真地平以上的天极；（2）俯极：俯极：与测者纬度异名的天极；与测者纬度异名的天极；真地平以下的天极；真地平以下的天极；（3）天体时圈：过两天极和天体中心的半个大）天体时圈：过两天极和天体中心的半个大圆；圆；（4）天体赤纬圈：过天体且平行于天赤道的小）天体赤纬圈：过天体且平行于天赤道的小
7、圆，因是天体运行轨迹，故又称为天体周日平行圆，因是天体运行轨迹，故又称为天体周日平行圈，与地球纬度圈对应。圈，与地球纬度圈对应。（5）测者子午圈：过测者天顶、天底和两天极）测者子午圈：过测者天顶、天底和两天极的大圆。的大圆。测者子圈：两天极之间包含测者天顶测者子圈：两天极之间包含测者天顶的半个大圆；的半个大圆；测者午圈：两天极之间包含测者测者午圈：两天极之间包含测者天底的半个大圆；天底的半个大圆；（6）格林子午圈：过格林天顶、天底和两天极）格林子午圈：过格林天顶、天底和两天极的大圆。的大圆。格林子圈：两天极之间包含格林天格林子圈：两天极之间包含格林天顶的半个大圆；顶的半个大圆；格林午圈：两天极
8、之间包含格格林午圈：两天极之间包含格林天底的半个大圆；林天底的半个大圆；（7）测者真地平圈：过测者真地平圈：过E、S、W、N四方位基四方位基点的大圆。点的大圆。方位基点的确定：方位基点的确定：N、S的确定：测者子午圈与真地平圈有两个的确定：测者子午圈与真地平圈有两个交点，靠近天北极的一点称为北；相对应的一点交点，靠近天北极的一点称为北；相对应的一点称为南；称为南；E、W的确定：天赤道与真地平圈的确定：天赤道与真地平圈交于两点，测者面向北点，左西右东。交于两点，测者面向北点，左西右东。（8）垂直圈：过天顶、天底和天体中心的半垂直圈：过天顶、天底和天体中心的半个大圆；也叫方位圈；同时，由于该圈与真
9、地平个大圆；也叫方位圈；同时，由于该圈与真地平圈垂直，故又称为垂直圈。圈垂直，故又称为垂直圈。（9）黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆称为黄道。球相交的大圆称为黄道。（10）春分点和秋分点：黄道与天赤道的交点春分点和秋分点：黄道与天赤道的交点称为春分点称为春分点和秋分点。和秋分点。（11）春分点时圈：过两天极和春分点的半个大春分点时圈：过两天极和春分点的半个大圆圆4、天球的划分、天球的划分（1）上下半球：测者真地平圈将天球分为上下半球：测者真地平圈将天球分为上下两半球。上下两半球。（2）南北半球：天赤道将天球分为南北两南北半球：天赤道将天球分为南北
10、两半球；半球；（3）东西半球：测者子午圈将天球分为东东西半球：测者子午圈将天球分为东西两半球。西两半球。1、第一赤道坐标系（时角坐标系）第一赤道坐标系（时角坐标系）基准圆：天赤道、测者子午圈基准圆：天赤道、测者子午圈辅助圆：天体时圈、赤纬圈辅助圆：天体时圈、赤纬圈三、坐标系的建立三、坐标系的建立1.3坐标坐标天体赤纬天体赤纬（Declination,Dec）定义：从天赤道起，沿天体时圈量到天体定义：从天赤道起，沿天体时圈量到天体中中心的弧距；由心的弧距；由090计算，向南天极度量为南，计算，向南天极度量为南，向北天极度量为北。向北天极度量为北。极距极距p：是天体赤纬的另一种表示方法，从仰：是天
11、体赤纬的另一种表示方法，从仰极起沿天体时圈量至天体中心的弧距，由极起沿天体时圈量至天体中心的弧距，由0180计算计算两者关系：两者关系：天体地方时角天体地方时角（LHA：Local Hour Angle）定义：测者午圈与天体时圈在天赤道上所夹定义：测者午圈与天体时圈在天赤道上所夹的弧距；或定义为在仰极处从测者午圈向西（从的弧距；或定义为在仰极处从测者午圈向西（从天球外看向天北极，顺时针旋转的方向为西，反天球外看向天北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天体时圈的球面角。之为东）量到天体时圈的球面角。度量：度量：圆周法圆周法：由测者午圈开始沿天赤道向西：由测者午圈开始沿天赤道向西度量度量到天
12、体时圈，由到天体时圈，由0360计算，无需命名计算，无需命名半圆周法半圆周法：由测者午圈开始沿：由测者午圈开始沿天赤道向西或向东度量到天体天赤道向西或向东度量到天体时圈，由时圈，由0180计算，需命名。计算，需命名。标注标注E或或W。相互换算相互换算：经验方法：采用经验方法：采用十字架法。十字架法。天体格林时角（天体格林时角（GHA：Greenwich Hour Angle）定义：格林午圈与天体时圈在天赤道上所夹的弧距；定义：格林午圈与天体时圈在天赤道上所夹的弧距；或定义为在仰极处从格林午圈向西（从天球外看向天或定义为在仰极处从格林午圈向西（从天球外看向天北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）
13、量到天体北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天体时圈的球面角时圈的球面角度量：度量：圆周法圆周法：由格林午圈开始沿天赤道向西度量到天体：由格林午圈开始沿天赤道向西度量到天体时圈，由时圈，由0360计算，无需命名。计算，无需命名。起算点：格林时角为格林午圈；地方时角为测者起算点：格林时角为格林午圈；地方时角为测者午圈；两者相差一个经度。午圈；两者相差一个经度。格林时角与地方时角的转换格林时角与地方时角的转换赤纬与测者无关；时角与测者有关。赤纬与测者无关；时角与测者有关。对于行星，赤纬与时角随天体的移动而发生变化。对于行星，赤纬与时角随天体的移动而发生变化。1.4坐标变化情况坐标变化情况1.
14、5第一赤道坐标系的不足第一赤道坐标系的不足时角时刻在变化，该坐标系得到的只能是瞬时的时角时刻在变化，该坐标系得到的只能是瞬时的天体位置。天体位置。基准圆：天赤道、基准圆：天赤道、测者子午圈测者子午圈辅助圆：天体时圈、辅助圆：天体时圈、赤纬圈赤纬圈2、第二赤道坐标系、第二赤道坐标系天体赤纬天体赤纬（Declination,Dec）天体赤经天体赤经（RA：Right Ascension）定义：在仰极处从春分点定义：在仰极处从春分点向东（从天球外看向天向东（从天球外看向天北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天体时圈的球面角。由体时圈的球面角。由036
15、0计算。计算。坐标定义：春分点定义：春分点与天体时圈在与天体时圈在天赤道上所夹的弧距；或定义为天赤道上所夹的弧距；或定义为在仰极处从春分点在仰极处从春分点向西（从天向西（从天球外看向天北极，顺时针旋转的球外看向天北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天体方向为西，反之为东）量到天体时圈的球面角。由时圈的球面角。由0360计算。计算。由图由图11可知：可知：RA+SHA=360天体共轭赤经天体共轭赤经（SHA：SiderealHourAngle）定义：从格林午圈起，沿天赤道向西度量到春分点时圈定义：从格林午圈起，沿天赤道向西度量到春分点时圈的弧距。由的弧距。由0360计算。计算。由图由图11
16、可知：可知：GHA=GHA+SHA又：又：坐标变化情况坐标变化情况赤纬和春分点格林时角与测者无关赤纬和春分点格林时角与测者无关；春分点格林时角春分点格林时角（GHA：GreenwichHourAngleofAries）基准圈：真地平圈、测者子午圈；基准圈：真地平圈、测者子午圈；辅助圈：天体方位圈；辅助圈：天体方位圈；坐标坐标天体高度天体高度(altitude,h)：从真地平圈起沿天体方位圈量到：从真地平圈起沿天体方位圈量到天体中心的弧距，由天体中心的弧距，由090计算。从地平向上（天顶方向）计算。从地平向上（天顶方向）为正（为正（+），反之为负。），反之为负。顶距顶距（zenithdistan
17、ce,Z）：从天顶起沿天体方位圈量）：从天顶起沿天体方位圈量到天体中心的弧距，由到天体中心的弧距，由0180计算计算。3、地平坐标系、地平坐标系从图中可以清楚的看出：即仰极高度等于测者纬度。定义：测者子午圈和天体方位圈在真地平上所夹的一段弧距。度量：圆周法：从N点起算，按顺时针方向沿真地平量到天体方位圈，由0360计算。半圆周法：北纬测者从N点起算，沿真地平向东或向西量到天体方位圈，由0180计算。南纬测者从S点起算，沿真地平向东或向西量到天体方位圈，由0180计算。天体方位天体方位（Azimuth,A）圆周法与半圆周法方圆周法与半圆周法方位的换算：位的换算：第二节第二节第二节第二节坐标变换坐
18、标变换坐标变换坐标变换一、天文三角形一、天文三角形(Astronomical triangle)1、天文三角形的九要素、天文三角形的九要素三个三个顶顶点：天点：天顶顶、天体和仰极；、天体和仰极；三 边：三 角：2、注意事项注意事项：因为是三角形，故：因为是三角形，故任一角度的取值范围在任一角度的取值范围在0180。二、解算天文三角形二、解算天文三角形1、求天体计算高度、求天体计算高度hc和计算方位和计算方位Ac的计算的计算公式公式1.1航海实际：通航海实际：通常已知测者纬度常已知测者纬度，天体赤纬，天体赤纬Dec，和天体地方时角和天体地方时角LHA；1.2 球面三角形的余弦公式和四球面三角形的
19、余弦公式和四联联公式公式1.3 使用上述公式注意事使用上述公式注意事项项：纬度恒为正（无论北纬还是南纬）；纬度恒为正（无论北纬还是南纬）；赤纬与纬度同名为正，异名为负；赤纬与纬度同名为正，异名为负；时角为半圆时角，取正值（无论西行还是东行）；时角为半圆时角，取正值（无论西行还是东行）；方位为半圆方位，第一名称与纬度同名，第二名称方位为半圆方位，第一名称与纬度同名，第二名称与半圆地方时角同名与半圆地方时角同名例题7：已知测者纬度40N，天体赤纬Dec50N，天体地方时角LHA80W，绘图求取天体高度和方位。解：三、天球作图三、天球作图1、绘制测者子午圈平面图2、绘制天赤道平面图、绘制天赤道平面图
20、3、绘制测者地平面图、绘制测者地平面图第三节第三节航用天体航用天体1、太阳系（、太阳系（Solarsystem）1.1太阳太阳(Sun)：直径：直径139万公里、离地球万公里、离地球1.5亿公里，亿公里，太阳系的中心；太阳系的中心；1.2行星行星(Planets)：沿椭圆轨道绕太阳（或恒星）运动：沿椭圆轨道绕太阳（或恒星）运动的天体叫行星；九大行星：按距离太阳由近及远的顺序的天体叫行星；九大行星：按距离太阳由近及远的顺序排列依次为：水、金、地、火、木、土、天王、海王、排列依次为：水、金、地、火、木、土、天王、海王、冥王星；水星看不到，离太阳太近。天王、海王、冥王冥王星；水星看不到，离太阳太近。
21、天王、海王、冥王星看不到，离我们太远。星看不到，离我们太远。四大航用行星：金、火、木、土。四大航用行星：金、火、木、土。一、天体简介一、天体简介卫星卫星(Satellites)：围绕行星运行的天体；：围绕行星运行的天体；恒星恒星(Star)：最近的恒星（除太阳外）是半：最近的恒星（除太阳外）是半人马座的比邻星人马座的比邻星1、星座和星名星座和星名恒星基本上是根据星的亮度等级，按希腊恒星基本上是根据星的亮度等级，按希腊字母的顺序命名的，即从字母的顺序命名的，即从开始，依次为开始，依次为、，较亮，较亮的恒星有专名。的恒星有专名。2、星等、星等星等是表示天体明亮程度的等级单位。肉眼可见的星等是表示天
22、体明亮程度的等级单位。肉眼可见的星为星为6等星；亮度为它的等星；亮度为它的2.512倍的星为倍的星为5等星，亮度为等星，亮度为5等等星亮度星亮度2.512倍的星为倍的星为4等星，依次类推。等星，依次类推。星等越小，星亮度星等越小，星亮度越大；越大；航海天文历航海天文历记载航用恒星和行星；记载航用恒星和行星；航海上一般将星等小于航海上一般将星等小于1.5的恒星，称为一等星。的恒星，称为一等星。二、航用恒星识别二、航用恒星识别3、航用恒星识别、航用恒星识别春春大熊斗狮子，室女南十字；大熊斗狮子，室女南十字；夏夏天鹅携天琴，天蝎南三角；天鹅携天琴，天蝎南三角；秋秋仙后骑飞马，南鱼跃波江；仙后骑飞马，
23、南鱼跃波江；东东御夫会猎户，大犬卧船底。御夫会猎户，大犬卧船底。4、赤道上可见到全天星体；纬度越高，所见、赤道上可见到全天星体；纬度越高，所见星体越少。星体越少。由由于于地地球球的的自自转转和和和和绕绕太太阳阳的的公公转转，以以及及天天体体的的运运行行，使使得得天天体体随随时时间间在在不不停停的的运运动动着着，人人们们在在地地球球上上看看到到天天体体这这种种相相对对运运动动的的现现象象称称为为天天体体 视视 运运 动动(apparent motion of celestialbody)第三章第三章天体视运动天体视运动l一、定义：天体每日东升西降，以一昼夜为这些后期一、定义：天体每日东升西降，以
24、一昼夜为这些后期运动的现象称为天体周日视运动运动的现象称为天体周日视运动(diurnalapparentmotionofcelestialbody)l二、天体周日视运动的成因及其运动规律二、天体周日视运动的成因及其运动规律l2.1成因：地球绕地轴自西向东的自转。成因：地球绕地轴自西向东的自转。l2.2运行规律：运行规律：l方向：自东向西；方向：自东向西；l轨迹：天体周日平行圈，严格讲应是两许的一条球面轨迹：天体周日平行圈，严格讲应是两许的一条球面螺旋线。螺旋线。第一节第一节天体周日视运动天体周日视运动l2.3天体周日视运动的现象天体周日视运动的现象l基本现象：出没、中天、高度和方位的变相等现象
25、；基本现象：出没、中天、高度和方位的变相等现象；l天体的出没天体的出没(riseandsetofcelestialbody)l成因：天体中心通过测者地心真地平成因：天体中心通过测者地心真地平(celestialhorizon)时称为天体的真出没，天体中心位于东方真时称为天体的真出没，天体中心位于东方真地平时，称为真出地平时，称为真出(truerise)，天体中心位于西方真，天体中心位于西方真地平时，称为真出地平时，称为真出(trueset)第一节第一节天体周日视运动天体周日视运动第一节第一节天体周日视运动天体周日视运动天体出没的条件：当时，如果同名，则刚好不没；如果异名，则刚好不出；第一节第一
26、节天体周日视运动天体周日视运动天体的中天天体的中天定义定义：在周日视运动中，当天体中心通过子午圈时，：在周日视运动中，当天体中心通过子午圈时，称为中天。当天体中心通过测者午圈时，称为上中天称为中天。当天体中心通过测者午圈时，称为上中天(uppermeridianpassage)。当天体中心通过测者子。当天体中心通过测者子圈时，称为下中天圈时，称为下中天(lowermeridianpassage)。典型数据典型数据:LHA=0，当天体的赤纬与测者纬度异名，当天体的赤纬与测者纬度异名或或且同名时，天体半圆方位角且同名时，天体半圆方位角A=180，位置，位置角角X=0；当；当且同名时，且同名时，A=
27、0，X=180。第一节第一节天体周日视运动天体周日视运动中天高度的计算中天高度的计算上公式上公式，同名取正，异名取负。当同名取正，异名取负。当测者位于赤道上（测者位于赤道上（=0）测者位于两极上（测者位于两极上（=90N或或S）任意纬度：测者纬度越高，不出没的任意纬度：测者纬度越高，不出没的天体越多天体越多不同纬度上天体周日视运动现象三、天体周日视运动引起天体坐标的变化三、天体周日视运动引起天体坐标的变化1、天体时角的变化对其高度变化的影响、天体时角的变化对其高度变化的影响（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；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
28、）当天体过东西圈时，其高度变化最快，且与测者纬度有关；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；）当天体距角时，其高度变化最快，且与天体赤纬有关；2、天体时角的变化对其方位变化的影响、天体时角的变化对其方位变化的影响（1）当天体中天时，其方位变化最快，且与赤纬和高度有关，当赤纬当天体中天时，其方位变化最快，且与赤纬和高度有关，当赤纬一定，高度越高，方位变化越快；一定，高度越高，方位变化越快；（2）当天体距角时，其方位变化最慢；）当天体距角时，其方位变化最慢；（3）当天体介于出没与东西之间圈时，其方位变化缓慢）当天体介于出没与东西之
29、间圈时，其方位变化缓慢第二节第二节太阳周年视运动太阳周年视运动一、定义：太阳赤纬、赤经以意念为周期的循环一、定义：太阳赤纬、赤经以意念为周期的循环变化，称为太阳周年视运动变化，称为太阳周年视运动(solarannualapparentmotion)二、太阳周年视运动的成因二、太阳周年视运动的成因1、成因：地球自转和地球绕太阳的公转；成因：地球自转和地球绕太阳的公转；2、运动规律运动规律3月月21日日春分春分00昼夜相等昼夜相等北半球天文春季开始，太阳北北半球天文春季开始，太阳北赤纬开始逐渐增大赤纬开始逐渐增大6月月22日日夏至夏至902327N昼长夜短昼长夜短北半球天文夏季开始，北半球天文夏季
30、开始，太阳北赤纬开始逐渐减小太阳北赤纬开始逐渐减小9月月23日日秋分秋分1800昼夜相等昼夜相等北半球天文球季开始，太阳北半球天文球季开始，太阳南赤纬开始逐渐增大南赤纬开始逐渐增大12月月22日日冬至冬至2702327N昼短夜长昼短夜长北半球天文冬季开始，北半球天文冬季开始，太阳南赤纬开始逐渐减小太阳南赤纬开始逐渐减小太阳周年视运动为不等速运动（开普勒定太阳周年视运动为不等速运动（开普勒定理）；理）；从春分点到秋分点需要约从春分点到秋分点需要约186天，而由秋天，而由秋分到春分点约需分到春分点约需179天天；3、运动特征运动特征第三节第三节第三节第三节行星、月亮视运动简介行星、月亮视运动简介行
31、星、月亮视运动简介行星、月亮视运动简介一、行星视运动简介一、行星视运动简介1、行星相对太阳的视运动、行星相对太阳的视运动顺行：行星大部分时间在天球上作自西向东的视运动顺行：行星大部分时间在天球上作自西向东的视运动逆行：行星小部分时间在天球上作自东向西的视运动逆行：行星小部分时间在天球上作自东向西的视运动留：由顺行转为逆行或反之时，称为留；留：由顺行转为逆行或反之时，称为留；上（下）合：当地内行星位于日地之间一点时称为上（下）合：当地内行星位于日地之间一点时称为上（下）合；上（下）合；大距：从地球上看地内行星偏离太阳的距角达最大大距：从地球上看地内行星偏离太阳的距角达最大时称为大距；行星位于太阳
32、东边，称东大距；相反，时称为大距；行星位于太阳东边，称东大距；相反，称为西大距；称为西大距；合、冲：延长日地连线与地外行星轨道交于两点，合、冲：延长日地连线与地外行星轨道交于两点，靠近地球的一点为冲，另一点称为合；靠近地球的一点为冲，另一点称为合；东方（西方）照：过地球作日地连线的垂线与地外行星的轨道交于两点，分别称为东方照、西方照；行星动态周期二、月亮视运动简介二、月亮视运动简介二、月亮视运动简介二、月亮视运动简介地球旋转一周，月亮绕地球旋转地球旋转一周，月亮绕地球旋转13.2（360/27.32）；太阳向东偏移）；太阳向东偏移1（赤（赤经日变化量）；则恒星先中天，随后太阳中经日变化量）；则
33、恒星先中天，随后太阳中天（天（4分钟后），最后月亮中天（再过分钟后），最后月亮中天（再过49分分钟）钟）月相变化示意图月相变化示意图第四章第四章时间与天体位置时间与天体位置第一节第一节时间系统概述时间系统概述一、时间特性一、时间特性周期运动的稳定性（均匀性）周期运动的稳定性（均匀性）周期运动的复现性（重复性）周期运动的复现性（重复性）第四章第四章时间与天体位置时间与天体位置时间分类时间分类建立在地球自转基础上的世界时系统；建立在地球自转基础上的世界时系统；建立在地球公转基础上由力学定律所确定的历书时系统；建立在地球公转基础上由力学定律所确定的历书时系统；建立在原子能级跃迁基础上的原子时系统建立
34、在原子能级跃迁基础上的原子时系统二、世界时系统（二、世界时系统（二、世界时系统（二、世界时系统（UniversaltimesystemUniversaltimesystem）定义：建立地球自转基础上的时间系统，以地球自转周定义：建立地球自转基础上的时间系统，以地球自转周期作为时间的计量单位。期作为时间的计量单位。时间分类：按照参考点的不同，时间可分为：时间分类：按照参考点的不同，时间可分为：恒星时恒星时(siderealtime)：以春分点为参考点；：以春分点为参考点；视时视时(apparenttime)：以太阳作为参考点：以太阳作为参考点平时平时(meantime)或世界时或世界时(univ
35、ersaltime,UT,GMT)：以平太阳作为参考点：以平太阳作为参考点二、世界时系统（二、世界时系统（二、世界时系统（二、世界时系统（UniversaltimesystemUniversaltimesystem）世界时的变化特征世界时的变化特征地球自转变化的不均匀性，包括长周期变化、短周期地球自转变化的不均匀性，包括长周期变化、短周期变化、和不规则变化，以至于变化、和不规则变化，以至于UT也不均匀；也不均匀；极移：地球自转过程中的极移：地球自转过程中的“扭动扭动”现象，从而使地极现象，从而使地极产生移产生移动，进而个点的经纬度发生变化，导致各地天文台测到动，进而个点的经纬度发生变化，导致各
36、地天文台测到的世界时之间存在微小的差别的世界时之间存在微小的差别二、二、世界时系统（世界时系统（世界时系统（世界时系统（UniversaltimesystemUniversaltimesystem）世界时世界时UT分类：分类：UT0：直接天文观测到的世界时。各地天文台测到的世：直接天文观测到的世界时。各地天文台测到的世界时之间存在微笑的差别；界时之间存在微笑的差别；UT1：UT0经过极移改正后得到的世界时，这是真正反经过极移改正后得到的世界时，这是真正反映地球自转的统一的时间；也是航海上使用的时间；映地球自转的统一的时间；也是航海上使用的时间；UT2：UT1经过季节改正后的世界时；仍然是不均匀
37、的；经过季节改正后的世界时；仍然是不均匀的；三、原子时系统三、原子时系统三、原子时系统三、原子时系统(atomictimesystem)(atomictimesystem)原理：原子内部的电子分布在不同的轨道上绕原子核原理：原子内部的电子分布在不同的轨道上绕原子核旋转，当他们从一个轨道跃迁到另一个轨道（称为能旋转，当他们从一个轨道跃迁到另一个轨道（称为能级跃迁）时会放出或吸收一定频率的电磁波，该波极级跃迁）时会放出或吸收一定频率的电磁波，该波极为稳定，利用这一特性，制造了原子钟。提出了原子为稳定，利用这一特性，制造了原子钟。提出了原子时系统。时系统。(atomictimesystem)原子时原
38、子时(atomictime,AT)：以铯原子（：以铯原子（CS）133原子原子基态超精细能级跃迁的电磁振荡基态超精细能级跃迁的电磁振荡9192631770周所经周所经理的时间间隔定义为理的时间间隔定义为1S的长度。原子时的起始历元为的长度。原子时的起始历元为1958年年1月月1日日0时。时。国际原子时国际原子时(internationalatomictime,IAT)：由国：由国际时间局（际时间局（BIH）对）对100多台原子钟进行比对得到的时多台原子钟进行比对得到的时间；间；原子时的特点原子时的特点世界时是不均匀的，秒长近年来逐渐拉长，而原子时世界时是不均匀的，秒长近年来逐渐拉长，而原子时较
39、均匀，两者之间的误差越来越大；较均匀，两者之间的误差越来越大；以原子时秒为时间计量单位，在时刻上与世界时以原子时秒为时间计量单位，在时刻上与世界时UT1保保持在持在0S.9之内。从之内。从1972年年1月月1日世界时日世界时00h开始。开始。协调方法：跳秒，分正跳秒和负跳秒；协调方法：跳秒，分正跳秒和负跳秒；正跳秒：正跳秒：23h59m60s之后是次日的之后是次日的00h00m00s,实质是实质是把原子时的时刻推迟一秒；把原子时的时刻推迟一秒；负跳秒：负跳秒：23h59m58s之后是次日的之后是次日的00h00m00s,实质是实质是把原子时的时刻提前一秒；把原子时的时刻提前一秒；协调世界时协调
40、世界时（coordinateduniversaltime,UTC）时间系统关系图时间系统关系图第二节第二节恒星时恒星时一、恒星日一、恒星日定义：在周日视运动中，春分点连续两次经过某地午圈定义：在周日视运动中，春分点连续两次经过某地午圈所经历的时间间隔称为一恒星日，即：所经历的时间间隔称为一恒星日，即：1恒星日恒星日=天球旋天球旋转转360所经历的时间间隔所经历的时间间隔恒星日分割：恒星日分割：1恒星日恒星日=24恒星小时恒星小时1恒星小时恒星小时=60恒星分钟恒星分钟1恒星分钟恒星分钟=60恒星秒恒星秒则：则：24h=3601h=151m=151S=15即：即：1=4m1=4S二、恒星时二、恒
41、星时地方恒星时地方恒星时(localsiderealtime,LST)定义：在周日视运动中，春分点由某地午圈起，向西运定义：在周日视运动中，春分点由某地午圈起，向西运行所经历的时间间隔称为恒星时；行所经历的时间间隔称为恒星时；地方性：与测者有关；地方性：与测者有关；LST2=LST1+DD=2-春分点上中天，春分点上中天，LST=00h；恒星时具有恒星时具有“东大西小东大西小”的关系；这也是时间的普遍规的关系；这也是时间的普遍规律。律。格林恒星时格林恒星时(Greenwichsiderealtime,GST)定义：在周日视运动中，春分点由某地午圈起，定义：在周日视运动中，春分点由某地午圈起，向
42、西运行所经历的时间间隔称为恒星时；显然是向西运行所经历的时间间隔称为恒星时；显然是地方恒星时的一个特例；地方恒星时的一个特例；地方恒星时与格林恒星时的关系：地方恒星时与格林恒星时的关系：恒星时与春分点时角的关系恒星时与春分点时角的关系：恒星时的不足恒星时的不足：恒星时的时刻与昼夜关不固定；不适用于日常恒星时的时刻与昼夜关不固定；不适用于日常生活。生活。第三节第三节视时视时一、视太阳一、视太阳1、定义：在周日视运动中，太阳中心连续两次经过某地定义：在周日视运动中，太阳中心连续两次经过某地子圈所经历的时间间隔称为一视太阳日。子圈所经历的时间间隔称为一视太阳日。2、视太阳日分割：视太阳日分割：1视太
43、阳日视太阳日=24视太阳小时视太阳小时1视太阳小时视太阳小时=60视太阳分钟视太阳分钟1视太阳分钟视太阳分钟=60视太阳秒视太阳秒则：则：24h=3601h=151m=151S=15即：即：1=4m1=4S3、视时视时(localapparenttime,LAT)定义：在周日视运动中，视太阳由某地子圈起，向西运行定义：在周日视运动中，视太阳由某地子圈起，向西运行所经历的时间间隔称为视时；所经历的时间间隔称为视时；地方性：与测者有关；地方性：与测者有关；LAT2=LAT1+DD=2-1视太阳上中天，视太阳上中天，LAT=12h；恒星时具有恒星时具有“东大西小东大西小”的关系；这也是时间的普遍规律
44、。的关系；这也是时间的普遍规律。4、视时视时与太阳与太阳圆圆周地方周地方时时角的关系角的关系5、视时视时的缺陷的缺陷现现象：象：时间计时间计量量长长度逐日不一致。度逐日不一致。原因：太阳赤原因：太阳赤经经日日变变化量；化量；第四节第四节平时平时一、平太阳一、平太阳定义：是一个假象的天体，它在天赤道上向东做定义：是一个假象的天体，它在天赤道上向东做匀速的周年视运动，其速度等于视太阳在黄道上匀速的周年视运动，其速度等于视太阳在黄道上运行的平均速度。运行的平均速度。二、平太阳日二、平太阳日1、定义：在周日视运动中，平太阳中心连续两次经过、定义：在周日视运动中，平太阳中心连续两次经过某地子圈所经历的时
45、间间隔称为一平太阳日。某地子圈所经历的时间间隔称为一平太阳日。2、平太阳日分割：平太阳日分割：1平太阳日平太阳日=24平太阳小时平太阳小时;1平太阳小时平太阳小时=60平太阳分钟平太阳分钟1平太阳分钟平太阳分钟=60平太阳秒平太阳秒则：则：24h=3601h=151m=151S=15即：即：1=4m1=4S 3、平时与视时的关系、平时与视时的关系平太阳赤经日变化量：平太阳赤经日变化量：或或即：平太阳日比恒星日长即：平太阳日比恒星日长4分钟。分钟。即：平太阳日比恒星日长即：平太阳日比恒星日长4分钟。分钟。三、平时三、平时1、平时、平时(meantime,MT)地方平时地方平时(localmean
46、time,LMT)定义：在周日视运动中，平太阳由某地子圈起，定义：在周日视运动中，平太阳由某地子圈起，向西运行所经历的时间间隔称为平时；向西运行所经历的时间间隔称为平时；平时与地方时角的关系平时与地方时角的关系 使用平时的注意事项使用平时的注意事项平时的起点为平时的起点为00h的瞬间，所以指出平时的同的瞬间，所以指出平时的同时应标注日期；时应标注日期；平时具有地方性（东大西小）；平时具有地方性（东大西小）；LAT2=LAT1+DD=2-1 格林平时格林平时(Greenwichmeantime,GMT)定义：在周日视运动中，平太阳由格林子圈起，定义：在周日视运动中，平太阳由格林子圈起，向西运行所
47、经历的时间间隔称为平时；向西运行所经历的时间间隔称为平时；使用平时的注意事项使用平时的注意事项平时的起点为平时的起点为00h的瞬间，所以指出平时的同时的瞬间，所以指出平时的同时应标注日期；应标注日期；格林平时有地方平时的关系（东大西小）；格林平时有地方平时的关系（东大西小）；1、定定义义：2、时时差差变变化曲化曲线图线图：最大不超：最大不超过过17分分 四、时差四、时差四、时差四、时差(equationoftime,ET)(equationoftime,ET)第五节第五节区时区时一、问题的提出：若全世界都采用同一时间，则同样都一、问题的提出：若全世界都采用同一时间，则同样都是是6点，如果中国太
48、阳日出，美国则太阳落山。使用不点，如果中国太阳日出，美国则太阳落山。使用不方便。方便。二、区时制二、区时制(zonetimesystem)1、时区划分时区划分全球共分全球共分25个个1全球共分全球共分25个时区，除东、西十二区个时区，除东、西十二区为为7.5外其余各区均为外其余各区均为15；中央经线经度：中央经线经度：=15n(其中其中n=0，1，2，12)2、区号、区号(zone description,ZD)：时时区的区的顺顺序号。序号。零零时时区区为为0，以此，以此为为基准，基准，东时东时区的区号依次区的区号依次为为-1、-2、-12；西；西时时区的区号依次区的区号依次为为+1、+2、+
49、12；（时间东时间东大西小）。大西小）。还还可以英文字母表示：零可以英文字母表示：零时时区区为为Z，以此，以此为为基准，基准，东东时时区的区号依次区的区号依次为为A、B、M；西；西时时区的区号依次区的区号依次为为N、L、Y；（；（时间东时间东大西小）。大西小）。时时区忠言区忠言经线经经线经度：度：时区区号的求取：时区区号的求取：三、区时三、区时ZT1、区时区时(zonetime,ZT)：时区中线的地方平时作：时区中线的地方平时作为该时区的区时。通常要注明区号和日期。为该时区的区时。通常要注明区号和日期。海员通常做法：海员通常做法：ZT0930（-8）；）；区时的换算：区时的换算：2、船时船时(
50、shipsmeantime,SMT)；船钟指示的时间，；船钟指示的时间，一般船钟指示所在时区的区时（特殊情况除外，如跨时一般船钟指示所在时区的区时（特殊情况除外，如跨时区拨钟）区拨钟）3、区时区时ZT与世界时与世界时GMT的关系的关系4、区时区时ZT与地方平时与地方平时LMT的关系的关系 四、拨钟四、拨钟1、船舶向东航行，应将船钟拨快船舶向东航行，应将船钟拨快1小时；船舶向西航小时；船舶向西航行，应将船钟拨慢行，应将船钟拨慢1小时；小时；2、船舶由东船舶由东12区进入西区进入西12区或反之，均不用拨钟，区或反之，均不用拨钟，但日期相差一天；但日期相差一天；3、拨钟方法，由船长决定；拨钟方法，由