2023届高考地理三轮复习讲义 太阳周日视运动

太阳周日视运动 天球 天空呈球形，这是有目共睹的。众星列宿布满天空，对于这些极其遥远的天体，人眼无法分辨它们的相对远近，似乎是等距的。它们同观测者的关系，犹如球面上的点同球心的关系。既然天空看起来像个球面，人们就把广漠的宇宙当作球体看待，并把天体在天空中的视位置，当作它们的真实位置。这对于那些无需考虑距离因素，如对时间、纬度的测定来说，带来极大的方便。这样一个假想的球体，叫做天球。天空的昼夜旋转表明，天球不但存在于地平之上，而且还有一半隐入地平之下。人们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空，又被叫做天穹。（天穹有别于天球。天球是整球，天穹是半球；天球是圆的，而天穹是扁的。“天似穹庐，笼盖四野”，我们日常所见的蔚蓝色的天空，其实是包围地球的大气层，沿地平方向，似乎距离很遥远；沿天顶方向，距离较近。） 天文上在定义天球时，规定了两个条件：一，天球的球心是观测者或地心；第二，天球的半径是任意的。它包容一切，不论天体如何遥远，总可以在天球上有它的投影。这样，既承认天体事实上的距离悬殊；又可以利用天球上的视位置对于地球的等距性。概括地说，天球就是以地心为球心，以任意远为半径的一个假想的球体（图1—1），天文学用作表示天体视运动的辅助工具。 图1－1 天球示意图 天球的半径是任意的，所有天体，不论多远，都可以在天球上有它们的投影 以上所说是地心天球。在说明地球或行星公转的时候，人们也使用以太阳中心为球心的天球，叫日心天球。通常所说的天球，皆指地心天球。 天球上的位置 为了确定一个地点在地球上的位置，人们设置地理坐标系；同理，为了确定天体在天球上的位置，需要设置天球坐标系。地理坐标系和天球坐标系，都是球面坐标系。在天文学上，根据不同的需要，使用不同的天球坐标系。各种天球坐标系，有不同的特点。但是，它们都有球面坐标系的共同特点。 这些特点是： ——球面坐标系都有一个基本大圆，称为基圈。例如，在地理坐标系中，赤道就是它的基圈。 ——基圈上都有一个原点。原点的择取是以通过它的辅圈为标志的。辅圈就是通过基圈的两极、因而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。 ——球面上任一点相对于基圈的方向和角距离，用纬度表示，是点的纵坐标。例如，地理坐标系的纵坐标叫地理纬度。某地纬度就是该地的地球半径（该地与地心的连线）与赤道平面的夹角。（我们把地球看着是正球体，下同）就是一个线面角。图1－2 图1－2 纬度示意图 ——球面上任一点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，是点的横坐标。例如，地理坐标系的横坐标叫地理经度。某地经度就是该地的经线平面与本初子午线平面之间的夹角。（二面角） 图1－3 经度示意图 图1－4第一赤道坐标系 与 地理坐标系的关系 图中半径较小的表示地球，半径大的表示天球。 这里只用到地平坐标系和第一赤道坐标系，所以只考虑它与地球坐标系的关系。 如图1－4所示，AC所在大圆为赤道，纬度为0°，赤道所在平面在天球上截得的痕迹就是第一赤道坐标系的基圈——天赤道（A’C’），赤纬为0°。因为纬度是线面角，赤纬也一样为线面角，如B地的纬度与B’赤纬的度数是一样的（B’可看做是B地与地心的连线的延长线与天球的焦点）只不过一个在天球上，一个在地球上。 同样，地球上某经线圈确定的平面在天球上截得的痕迹就是第一赤道坐标系的辅圈，即赤经圈。设A经度为0°，所在经线就是本初子午线，为地理坐标系的始圈，但第一赤道坐标系和地理坐标系有差异，是以午圈为始圈，经度称时角，是天体赤经圈相对于午圈的方向和角距离，赤经圈便改称时圈，采用时间单位表示（按15度1小时）。（午圈随后说明） 地轴与地球的交点为北极和南极，地轴的延伸与天球的交点为天北极和天南极。 所以，在第一赤道坐标系中的方位和地理坐标系是一致的。 太阳周日视运动 首先，太阳的中心、太阳光的直射点、地心三点一线（这是显而易见的不作证明） 那么，我们可以这样理解，太阳在天球上的位置就是直射点与地心所在直线与天球表面的交点。 在地球上的观测者看起来，整个天球像是在围绕着我们旋转。这种视运动是地球自转的反映。地球绕地轴由西向东自转。这种运动是人类感官无法直接感觉到的，人们所感觉到的，却是地外的天空，包括全部日月星辰，概无例外地以相反的方向（向西）和相同的周期（1日）运动。这种视运动被叫做天球周日运动。 在一天中，地球的自转角速度与公转角速度相比，公转的角度可忽略不计（在一天中，我们很难发现，地球在公转）所以我们认为，在一天中，地球和太阳在空间中的位置不变，这样，直射点的纬度不变，那么太阳在天球上的赤纬不变，而地球在快速的自转向东，那么，直射点不停的沿着该纬线往西运动，那么，太阳在天球上也沿着某纬线向西运动。所以有，运动