第四章 天體視運動

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1、第四章天體視運動天體始終處于不斷地運動之中，這使得天體的位置坐標(biāo)不斷發(fā)生變化，并由此產(chǎn)生一系列與航海有關(guān)的天文現(xiàn)象。同時，不論是天文定位基本原理的直接應(yīng)用還是高度差法，都需要獲得所測天體在觀測瞬間的位置坐標(biāo)。因此，航海人員有必要掌握天體的運動規(guī)律，以及由此產(chǎn)生的天體位置坐標(biāo)的變化。第一節(jié)天體周日視運動在宇宙中，天體的運動是絕對的，但并不存在固定不動的位置點可供觀測這樣的絕對運動，因此處于不同位置點的測者所觀測到的天體運動，都是與測者位置點的運動相聯(lián)系的相對運動。位于地球表面的測者所觀測到的天體相對運動，稱為天體視運動，其中又以天體

2、周日視運動最為顯著。一、天體周日視運動及其成因眾所周知，每天清晨太陽從東方升起，高度逐漸增大，中午經(jīng)過測者午圈時，高度達到最大，隨后高度逐漸降低，在傍晚時降沒于西方地平線之下。夜間仰觀星空，月亮、行星和恒星也都有這一形式的運動。在這種運動中，天體，特別是恒星，相對位置保持不變，都以同一角速度圍繞天軸自東向西運動。天體這種以一天為周期、繞著天軸（地軸）自東向西的運動，稱為天體周日視運動。事實上，天體周日視運動是地球本身自西向東自轉(zhuǎn)運動的反映。如圖4-1-1所示，地球繞地軸以赤道上箭頭所指的方向自西向東旋轉(zhuǎn)，一天轉(zhuǎn)動一周，稱為地球自轉(zhuǎn)

3、。位于地球表面的觀測者，感覺不到地球自轉(zhuǎn)，卻看到天球帶動所有天體作相反方向的相對運動，即繞著天軸以天赤道上箭頭所指的方向自東向西勻速旋轉(zhuǎn)，一天轉(zhuǎn)動一周，與地球自轉(zhuǎn)周期相同。在天球上，天體周日視運動的軌跡稱為天體周日平行圈。由圖4-1-1可知，不考慮天軸的空間穩(wěn)定性，天體周日平行圈與天赤道平行，即為天體的赤緯圈（平行于天赤道的小圓，圓上每一點的赤緯值相等）。顯然，當(dāng)天體的赤緯等于時，其周日平行圈與天赤道重合。即便天體周日視運動由地球自轉(zhuǎn)引起，為了研究和分析問題的方便，通常假設(shè)地球不動，而天體作周日視運動。這一假設(shè)使得與測者有關(guān)的天球

4、基準(zhǔn)點線圓，如測者天頂、測者子午圈、測者真地平圈以及東西圈等均不隨天球作周日視運動。二、天體周日視運動的現(xiàn)象圖4-1-2為北緯某一測者的天球基準(zhǔn)點線圓在測者子午圈平面上的投影圖。該圖從正東點（）向測者子午圈平面投影，圓周為測者子午圈，圓心為正東點，天赤道、測者真地平圈、東西圈以及天體赤緯圈均投影成直線，且東西圈與測者鉛垂線重合。由圖可知，對不同緯度的觀測者，仰極高度不同，天赤道與其余天球基準(zhǔn)點線圓之間的位置關(guān)系各異，因此與天赤道相平行的天體周日平行圈與其余天球基準(zhǔn)點線圓之間的位置關(guān)系也各不相同，這說明不同緯度的測者將觀測到不同的天

5、體周日視運動現(xiàn)象。分析天體周日視運動的主要現(xiàn)象如下：1．天體的中天如圖4-1-2所示，、和分別為天體赤緯小于測者緯度（，亦即）且同名（同為北）的天體、天體赤緯與測者緯度異名（為南，為北）的天體和天體赤緯大于測者緯度（，亦即）且同名（同為北）的天體的周日平行圈（赤緯圈）。由圖可知，在周日視運動中，除位于天極點上的天體，所有天體每天必有兩次通過測者子午圈，這種現(xiàn)象稱為天體的中天，其中，天體位于測者午圈稱為天體上中天；天體位于測者子圈稱為天體下中天。分析圖4-1-2，可得如下結(jié)論：（1）在天體周日視運動中，地球表面上位于地理南極和地理北

6、極以外的測者，均可觀察到天體（天極點上的天體除外）的中天現(xiàn)象（對地球表面上位于兩極測者而言，因測者天頂與仰極重合，天體周日平行圈與測者真地平圈平行，不存在符合上述定義的中天現(xiàn)象）。（2）天體上中天時，天體時圈與測者午圈重合，天體地方時角等于；天體下中天時，天體時圈與測者子圈重合，天體地方時角等于。（3）天體中天時，天體方位圈與測者子午圈重合，則天體的圓周方位等于或。（4）天體上中天時高度最高；下中天時高度最低。天體中天時的高度，常被稱為子午高，用示。天體上中天時的子午高（）與測者緯度（）和天體赤緯（）有如下關(guān)系：（4-1-1）式中

7、：與同名時，值取正（＋）；與異名時，值取負(fù)（－）。2．天體的出沒在周日視運動中，部分天體將通過測者真地平圈，這一現(xiàn)象稱為天體的出沒。其中，天體在東方從下天半球進入上天半球稱為升出；天體在西方從上天半球進入下天半球稱為降沒。無疑，天體是否具有出沒現(xiàn)象，取決于天體是否經(jīng)過測者真地平圈。如圖4-1-3所示，有出沒現(xiàn)象的天體，如天體和天體，其周日平行圈（赤緯圈）必定與測者真地平圈相交，亦即天體的赤緯小于弧長或。由于弧長和等于測者緯度，因此，據(jù)此可得天體有出沒的條件（與和的命名無關(guān)）為：（4-1-2）由式（4-1-2）可知，若，則天體無出

8、沒現(xiàn)象，其中，當(dāng)與同名時，天體永不降沒，如天體；當(dāng)與異名時，天體永不升出，如天體。若，在一個周日視運動中，天體只與測者真地平圈相切一次，其中，當(dāng)與同名時，天體永不降沒；當(dāng)與異名時，天體永不升出。綜合上述分析，天體永不升出或永不降沒的條件為（4-1-