地理信息系统导论大纲Word格式.docx
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纬度校正：
凡是与观测地点有关的问题，都必须对天球仪进行纬度的校正。
因为天极的地平高度等于观测地的地理纬度，所以，只要转动子午圈，使天极高度等于当地的地理纬度即可。
方位校正：
使地平圈上所注的东南西北四个正方位和当地实际方位相符合，就是方位的校正。
这样天球仪上所示的星空就与当地实际星空相一致了。
时间校正：
如果讨论具体时刻的天象，还必须对观测时刻进行时间校正。
①如果观测时刻是地方恒星时，先将春分点置于午圈之下，在天赤道上找到与给定的观测时刻相对应的赤经数，然后按天球仪转动到该时刻经线与午圈重合即可。
②如果观测时刻是地方视时，先在黄道上确定当日太阳的位置，然后将太阳置于午圈之下。
假如地方视时小于12h，向东转动天球仪，转动的时间角度等于12h减地方视时；
假如地方视时大于12h，向西转动天球仪，转动的时间角度等于地方视时减12h的差值。
③如果观测的时刻是地方平时，那么要根据时差订正视时，再按照上面的方法校正。
如果是“北京时间”，那么要根据经度差订正为地方平时，再订正为视时，最后按照上述方法订正。
3利用天球仪求算天体的位置
（1）读取恒星赤经和赤纬的近似值
①在天球仪上找到所要确定的恒星。
②将它转到午圈的下面，在天赤道上读出它的赤经值，在午圈上读出它的赤纬值。
（2）已知赤经和赤纬找出某恒星
①按已知赤经值在天赤道上找出它所在的赤经线（非整时赤经线用内插法确定），转动天球仪，使其位于午圈下边。
②在午圈上找出已知赤纬度数，则刻度下边的星就是要找的某星。
（3）读取某日的太阳黄经、赤经和赤纬的近似值
①在黄道上找到某日的点，该点即太阳某日在天球上的视位置，就可直接在黄道上读出太阳的黄经值。
②按读取恒星赤经、赤纬的方法读得太阳的赤经和赤纬。
（4）量度两星间的角距离
①张开圆规两脚对准要量度的两颗星。
②将两脚移到天赤道或黄道上，即可读出两星间的角距离。
（5）已知纬度φ，求某恒星时某恒星的地平高度和方位角
①按照当地纬度调整天极高度。
②按照所给恒星时做天球仪时间校正，将星空固定，找到所求恒星。
③确定天顶位置，用细绳连接天顶和恒星并与地平圈想交，在地平圈上的方位刻度，就是其方位角；
同时用两脚规量出此刻度处至该星的角度，就是地平高度。
例：
求在重庆（φ=29°
36′N）地方恒星时7h50m时，天狼星的地平高度（h）和方位角（α）各是多少？
解：
按照纬度和地方恒星时对天球仪进行校正后，利用细绳和两脚规，求得天狼星的地平高度大约为41°
，方位角约为21°
。
4利用天球仪验证“天体视运动”
（1）天体周日视运动
经过纬度订正以后，即可在天球仪上演示天体在当地周日运动的一般情况：
在地平圈上使天球绕天轴往西方向旋转（因为地球自转自西向东）。
绕转时，要摆正天球仪方位，使天球缓慢转动。
可选取几个特殊纬度（如φ=90°
）和几个恒星作为代表说明问题。
（2）天体周年视运动——四季星空变化
四季星空变化是地球公转运动或者说是太阳周年视运动造成的。
恒星在天球上相对太阳的运动每日西移1°
，一年大约移动360°
，回到了原来位置，完成一年四季的星空变化。
①在黄道上任取一点（如春分点）贴上红橡皮泥，作为第一天的太阳视位置，并把它转到子圈位置（下中天位置）。
②在午圈下面天球上贴上另外的颜色橡皮泥表示某颗恒星，表明子夜时该星位于午圈上。
③太阳在黄道上每天东移1°
的演示，为了提高演示的效果，可以将这个量放大，在黄道上原太阳以东再贴上红色的橡皮泥表示第二天的太阳的位置。
④把第二天的太阳的视位置再转到子圈位置，可以看到第一天子夜时刻位于子圈上的恒星已经明显向西偏离了。
⑤使太阳前后两次的太阳视位置依次相距90°
，180°
，270°
，360°
，作同样的演示，四季星空变化就很清楚了。
5利用天球仪进行时间的推算和农历的编制
（1）时间推算
同一地点的任何时刻，恒星时与视太阳时之间，有如下的换算关系（图2）：
恒星时＝视太阳时＋太阳赤经－12时；
视太阳时＝恒星时－太阳赤经＋12时。
对于平太阳时，还必须通过时差校正。
故有恒星时＝平时+时差＋太阳赤经－12时；
平时=恒星时－太阳赤经+12时－时差。
在具体利用天球仪推算时，可以按照天球仪的时间校正方法，推算出恒星时和太阳时，再根据上述理论计算加以验证。
图2恒星时与视太阳时的换算关系
求6月22日地方恒星时为7h50m时的视太阳时是多少？
先将春分点置于午圈之下，在天赤道上找到7h50m的赤经数，然后按天球仪转动到该时刻经线与午圈重合。
再找到这时太阳的赤经线（6月22日太阳的赤经α=6h），它与午圈的夹角，就是它的时角，然后再把时角度数加上12h，即得到此时视太阳时=13h50m。
（2）农历的编制
利用天文年历编制农历
农历编制规定，农历月的序数由当月含的中气决定，雨水所在的月份为正月，春分所在的月份为二月，其余依次类推。
农历的大小月，由相邻的两个朔日之间的日数决定，29天为小月，30天为大月。
从天文年历中的“节气”和“月相”表中顺序摘出12个中气和每个合朔的日期列表，当年的农历就可以很容易的编制出来。
如查1998年的天文年历，从中摘出中气和合朔的日期列表，编制的当年的农历为：
表1公历1998年农历戊寅年
朔日
中气
农历
公历日期
两朔间隔
名称
月首
历月大小
中气日期
1月28日
2月27日
3月28日
4月26日
…
30天
29天
雨水
春分
谷雨
2月19日
3月21日
4月20日
正月初一
二月初一
三月初一
四月初一
正月大
二月小
三月大
正月二十三
二月二十三
三月二十四
四、实习
1利用天球仪求下列各星的赤经、赤纬的近似值
星名
赤经
赤纬
御夫α（五车二）
天蝎α（心宿二）
狮子α（轩辕十四）
天鹅α（天津四）
室女α（角宿一）
南鱼α（北落狮门）
2在天球仪上找出下表中给定的赤经和赤纬，找出对应的恒星名称并填入表格。
赤经α
04h35m
05h14m
07h38m
07h44m
19h50m
20h41m
赤纬δ
+16°
26′
-08°
13′
+05°
17′
+28°
01′
+08°
49′
+45°
12′
恒星名
3利用天球仪填写太阳在下列日期的赤经和赤纬
日期
6月22日
9月23日
12月22日
4已知2001年2月23日，3月25日，4月23日，5月23日，6月21日，7月21日，8月19日均为朔日；
又已知春分在3月20日，谷雨在4月20日，小满在5月21日，夏至在6月21日，大暑在7月23日；
问公历2001年相当于什么年？
是闰年还是平年？
农历大小月如何安排？
五、参考答案
1
5h16.7m
-26°
16h29.4m
10h08.4m
11°
58′
20h41.4m
45°
13h25.2m
-11°
10′
22h57.7m
-29°
37′
2
6h45.1m
-16°
43′
金牛座α
猎户座β
小犬座α
双子座β
天鹰座α
大犬座α
3
0h
6h
12h
18h
0°
+23°
26′
-23°
4
辛巳年；
闰年；
大小月安排为：
二月大月、三月小月、四月大月、闰四小月、五月大月、六月小月
实验项目二：
四季星空和重要天象的认识
1认识天空中主要的星座和亮星及其相对位置，了解星星的分布格局。
2掌握活动星图、电子星图的用法。
3了解行星的视运动规律；
掌握识别和观测行星的方法。
4了解月相规律、初步掌握日月食、特殊的天象观测方法。
1认识主要星座和亮星
2活动星图的使用
3电子星图的使用
4月相
5行星的视运动
6日月食
7其他特殊天象
1仪器准备
活动星图、天文望远镜、电脑、skymap软件、手电筒、月面图、笔记本黑色眼镜、废照相底片、铅笔等。
2认识主要星座和亮星
为了对全天星座分布大势有一个全局性的认识，将星空按赤经分为“四大星区”。
每一星区跨赤经6h,各以其拱极星座或著名星座命名，从0h赤经线开始，自西向东依次为仙后星区、御夫星区、大熊星区、天琴星区，简称“后、御、熊、琴”。
现将四大星区的主要星座和亮星的特征于表2。
表2四大星区、主要星座、亮星及特征
星区
星座
亮星及主要特征
仙后星区（后）
仙后座
形似字母W，利用它可找到北极星
仙女座
三颗亮星排列成一条直线
飞马座
呈一大四边形（东北一隅属仙女座），四边形的东边向北延伸，直指北极星
南鱼座
南鱼座α（中名北落师门）是本区惟一的一颗一等星，沿飞马座四边形的西边向南延伸，即可找到。
它的位置偏南、离地平较低，附近星稀，西方有“海角孤星”之称
御夫星区（御）
御夫座
明显的五边形。
我国古代称“五车”。
主星α（五车二）是北天主要亮星
金牛座
著名黄道星座，有一簇呈V字形的星群（毕星团）、主星α（毕宿五）位于V字一端是红色亮星。
V字的西北有的昴星团，俗称“七姊妹”（正常视力只能见六颗）
猎户座
全天最壮丽的星座、横跨天赤道，世界各地都能见到。
它由二颗一等星（参宿四和参宿七）和五颗二等星组成。
有“参宿七星明烛宵、两肩两足三为腰”之说。
中部三颗合称参宿三星，位于天赤道上。
参宿三星东南有一肉眼可见亮星云（猎户大星云）、距离1500光年
大犬座
形如砍刀。
主星α（天狼）是全天最明亮的恒星
小犬座
星数很少。
主星α（南河三）是著名的一等昨一。
它同参宿四和天狼星构成一个等边三角形
双子座
黄道星座。
成两行排列。
亮星有α（北河二）和β（北河三）、后者是一等星
本区计有七颗一等星。
几乎集中了北半球所见亮星的半数，群星荟萃，明星灿烂，是全于最壮丽的星区
大熊星座（熊）
大熊座
北天最著名星座。
七颗亮星排成“熨斗”形状，故称“北斗”。
可用它的两颗指极星（天枢、天璇0来找北极星。
民谚：
“识得北斗，天下好走”
牧夫座
形如风筝。
也像一条倒挂的领带。
主星α（大角）是北天头等亮星。
正处在北斗七星柄的自然延伸线上
狮子座
黄道著名星座。
形如雄狮。
由头部的“镰刀”和尾部的三角形组成。
主星α（轩辕十四）是一等星。
位于镰刀柄端，贴在黄道上
室女座
呈不规则的土字形。
主星α（角宿一）是一等星。
南北两角（大角和角宿一）同轩辕十四，构成一个巨大的直角三角形
天琴星座（琴）
天琴座
范围很小，主星α（织女）是北天头等亮星。
织女有四颗暗星组成一个菱形，是传说中织女用以织布的“梭子”
天鹰座
近天赤道和银河。
主星α（牛郎）中名河鼓二。
它与西侧的二颗暗星组成“牛郎三星”。
民间俗称“扁担星”。
与织女星隔河相望
天鹅座
呈一明显的“十字形”。
整个星座位于银河中。
主星α（天津四）是一等星。
我国古代称此星座为“天津”（意即渡船）
天蝎座
著名黄道星座。
形如张着两螯的巨蝎。
主星α（心宿二）是红色亮星，古称“大火”。
心宿二与两侧的两颗暗星合称“心宿三星”
人马座
位于银河最明亮部分。
是银河中心方向所在。
东部六星组成“南斗”
3活动星图使用
平面圆形的活动星图由上盘（地盘）和下盘（星盘）组成（图3）。
上盘标有一天的时间刻度，下盘是按一定的纬度标出全天的主要星座，外圈有一年中的12个月份和每个月的具体日期。
观察时先使上盘的时间对准下盘的日期，使图上的方向与实际方向一致，此时，在椭圆窗口即可观察到当时的星空。
春季星空的主要星座是狮子星座，它的主要时间是4月15日左右在我们头顶上方。
首先把星图置于头顶，进行方位的校正，使图上表明的方位和实际方位相同，转动外圈找到4月15日，然后转动里圈，对准21时，在椭圆窗口找到对应的观测地理纬度，在此区域内的即为能够观测到的星空。
我们可以看到，狮子星座就在我们的头顶上方，还可以看到牧夫星座（有很壮观的大角星）、大熊星座以及黄道星座室女座。
4电子星图的使用
随着计算机与网络技术的普及和不断发展，电子星图、天文软件的出现给天文爱好者开拓了一片崭新的空间。
人们只要坐在电脑前便可以看到实时的星空、各种天象、了解各类天体的信息，还可以通过这些软件控制望远镜或CCD相机进行天文观测。
下面介绍教学上常用的电子星图——SkyMapPro（汉化版）的使用方法。
（1）基本操作：
菜单栏、工具栏、视图设置、搜索功能
SkyMapPro菜单栏放置于最上方，包括文件、查看、插入、搜索计划和工具、望远镜、窗口、帮助等菜单（图4）。
这和其他的软件是类似的。
SkyMapPro的基本操作主要是通过工具栏来实现的。
这些工具栏分布在星图的四周，呈数个一组的按钮状。
实际上可以利用鼠标的拖曳功能将这些工具栏自由地拖放在顺手的地方。
也可以通过菜单上的“看查——工具栏”选择将它们一一调用出来。
最常用的一组按钮是“视图设置”：
其中字母按钮表示星图所显示的方向：
N表示北，E表示东，S表示南，W表示西，Z表示天顶。
视图设置可以选择观测地点、时间，查看按钮可以知道星图的大小、坐标历年和星图中心。
大小是指星图所显示的区域范围。
这一操作同样可以通过鼠标来实现，用拖曳功能拖出小窗口再松手，则可以将视图放大显示小窗口中的天空区域。
将鼠标悬停在某点处单击右键则可以选择以该点为视图中心，也可以人工在查看区域设置。
SkyMapPro还为使用者提供了方便的搜索功能。
可以搜索行星、星座、恒星。
（2）辅助坐标的选择
SkyMapPro对星星定位主要采用地平坐标系和赤道坐标系来。
如按赤经、赤纬栅格，首先出现的是赤经度数，然后出现赤纬度数。
此外，SkyMap还为我们提供了黄道栅格和银河栅格。
这些坐标系有助于我们对把握对星星的定位。
在初识星空时，地平坐标系对我们对当时当地星空的认识与熟悉有很大的帮助。
（3）认识恒星与星座。
在SkyMapPro的默认设置中，以带水平线的圆标记双星，以空心圆标记变星。
并且当时间设置为入夜以后，或者当区域范围较小，星图放大较多时，星星的颜色可在星图上大致显示出来。
在星图中，星星主要有四种色彩：
红、黄、白、蓝。
在星图上，将鼠标悬停在某颗星上，如果滞留时间比较长，可以出现天体的属性。
单击鼠标右键，则有详细的属性介绍。
在天体按钮组中，按可以调整星座的显示。
星座名称选项设置是否显示星座名称。
形状选项设置是否显示星座形状。
星座选项设置是否显示星座区域。
（4）行星的观测。
如果要观测行星，就先在搜索中找到该行星，然后在星图中找到它的位置，看它在哪个星座，还可查属性看亮度是多少等等。
如果要看该行星在数天内的移动情况，可以将鼠标悬停其上，单击右键选择“X星的轨道”，填好间隔天数与计算位置个数，确定以后软件会自动算出行星的运行轨迹并在星图上显示出来。
以某行星为中心，将星图不断放大，到足够的程度软件甚至可以显示出行星上的一些细节。
比如金星与水星的盈亏情况，土星木星的卫星位置。
但是本软件的缺点是它还不是真实的星空模拟软件，不够逼真，在设计上也无法进行类似arcgis的图形移动功能。
对于初学者可能比较不适应。
5月相观测
观察月面的最好时机，是在上、下弦前后。
因为此时对于月面中部，太阳光是斜射的，月面上的山地都有明显的阴影，我们就能看到月面上更细的形态结构。
若观察月球的全貌，则满月时进行。
（1）正确选择望远镜放大倍率。
观察月面一般用较低的倍率放大镜（通常使用两倍分辨放大率的目镜）。
如果倍率过高，光线就较暗，月面形态就不清楚了。
（2）记录观察日期、时间、地点和所用仪器，并注明月相的农历日期。
（3）画一直径为10cm的圆表示月面。
在圆上画出它的明暗线，并标出月面的方位。
要注意的是通过望远镜看到的往往是“倒像”，即看到的是下为北，上为南，左为西，右为东。
分辨的办法是记住南极附近的是环行山密集的区域即可。
（4）用望远镜观察月面的形态特征（月海、环形山、辐射纹等），将所看到的月面形态结构记录在圆内，并分析月面的形态特征。
6行星辨认及其视运动
（1）行星辨认
除地球以外的八大行星中，肉眼可见的有水星、金星、火星和木星、土星，因水星距太阳太近，所以观测的时间很短，高度又很靠近地平线，很难观测。
天王星、海王星和冥王星距地球较远，且较暗，肉眼看不见。
识别行星与恒星，可以依据以下几个方面来判断。
①行星出现在黄道附近。
由于行星与地球公转轨道的公面性，它们的公转轨道面与黄道的交角比较小，所以行星总是出现在黄道附近的天区，要找它们就必须在黄道范围。
②行星亮度比较大。
它们虽然不发光，但一般比恒星（银河系中与太阳类似的天体）亮，它们的亮度（视星等）变化如表3。
表3主要行星亮度变化范围
行星
亮度
水星
金星
火星
木星
土星
天王星
海王星
最亮
－1.2
—4.3
—2.9
—2.5
—0.4
+5.7
+7.6
最暗
+2.5
—3.3
+1.5
—1.4
+1.2
+6.0
+7.7
③行星不闪烁，而恒星闪烁。
由于行星离地球近，它们是面光源，光的稳定度要比恒星高，不会出现恒星的抖动现象。
④行星相对于恒星的视运动。
行星的视运动是在黄道星座中的相对移动。
特别是离地球近的火星和金星，表现得特别明显。
⑤各大行星各具特色。
金星是全天中除日月外最亮的星，发白光，无论什么时候都比任何恒星和其他行星亮。
它又是内行星，同太阳的角距离不超过48°
，所以它或在黎明前在东方以晨星或在黄昏前后在西方以昏星出现。
火星看起来发红光，荧荧如火，在黄道带中除心宿二和毕宿五外，再没有其他红色亮星。
木星呈青白色，亮度大，其亮度仅次于金星，比任何恒星都要亮，这时，天空中的恒星只有天狼星的亮度可和它相比。
土星微呈黄白色，较暗，亮度通常在1～2等之间。
在望远镜下，可以发现木星旁边的四个有趣的卫星，土星则有美丽的光环，金星与月球一样有位相变化。
所以可以通过上述方法来辨别各大行星。
（2）行星视运动
①从中国天文年历中查出行星和太阳的赤经、赤纬值，以及行星运动中特殊位置的赤经、赤纬值，最好列表，供绘图使用。
②在天空中识别和确定行星。
③在星图上填绘行星位置和视路径。
根据行星的赤经、赤纬值。
将各点画在赤道星图上，然后用圆滑的曲线把各点连结起来即得到行星在天球上的视路径的轨迹。
可隔相当时间把行星在恒星背景上的位置标绘在星图中。
例如：
记载火星的运行，5天或10天观察一次即可。
木星和土星则可以半月或一月记录一次。
7日食和月食观测
（1）日食来临前，先准备好日食观测纸（白色观测纸上画10厘米的圆，表明方位，以30度为间隔，标出0-360度的度数），校对钟表。
观测者注意力集中，分工合作，完成各自的观测工作。
（2）在初亏发生之前，在钟指某整分00秒时，记时者开启秒表；
观测者戴好黑色眼镜（避免观测纸反射阳光的刺激）密切注意初亏的大致方位。
当初亏到来时，观测者和记时者相互配合，并记录方位和时间（平时钟该整分时刻+秒表走时+钟差）。
（3）食既（日全食开始）和生光（日全食结束）。
主要是通过观测倍利珠现象来决定在食既和生光到来的瞬间。
食既时，倍利珠一般出现在太阳的东边缘，生光瞬间，它一般出现在太阳的西边缘。
在食既和生光到来之前的整时整分00秒，记时者开启秒表；
记录方位和时间同上。
（4）观测复圆时的方位和时刻，方法同2。
（5）从初亏开始每隔10~15分钟描绘一食相图（食甚时食相图必须包括在内）。
所有食相图都应记录对应的时刻。
（6）观测色球日饵和日冕层。
全日食时可以看到在暗黑日轮周围有一圈窄窄的亮环，有非常美丽的玫瑰红色的辉光。
在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰就是日珥。
日珥的形状千变万化，要尽快数一下有几个日珥，并把它们的位置、形状、大小和颜色记录下来。
日冕是太阳大气的最外层，日冕半径可达几个太阳半径。
观测前，在白纸上画一个半径2~3厘米的圆代表日面，和这个半径的2倍、3倍、4倍的同心圆，并以圆心为原点做直角坐标轴，把同心圆分
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