(武汉大学大地测量学课件)第二章 坐标系统与时间系统.pdf

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1、2.1地球的运动第二章坐标与时间系统从不同的角度，地球的运转可分为四类：–与银河系一起在宇宙中运动–在银河系内与太阳一起旋转–与其它行星一起绕太阳旋转（公转）–地球的自转（周日视运动）天文学的基本概念（预备知识）1预备知识ò天球的基本概念所谓天球，是指以地球质心O为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。在天文学中，通常均把天体投影到天球的球面上，并利用球面坐标来表达或研究天体的位置及天体之间的关系。建立球面坐标系统，如图2－1所示.ò参考点、线、面和园2图2－1天球的概念3≤天轴与天极地球自转轴的延伸直线为天轴，

2、天轴与天球的交点PN和P称为天极，其中P称为北天极，P为南天极。SNS≤天球赤道面与天球赤道通过地球质心O与天轴垂直的平面称为天球赤道面。天球赤道面与地球赤道面相重合。该赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。≤天球子午面与子午圈含天轴并通过任一点的平面，称为天球子午面.天球子午面与天球相交的大园称为天球子午圈。4≤时圈通过天轴的平面与天球相交的大圆均称为时圈。≤黄道地球公转的轨道面(黄道面)与天球相交的大园称为黄道。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23.5度。≤黄极通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点

3、，称为黄极。其中靠近北天极的交点称为北黄极，靠近南天极的交点称为南黄极。5≤春分点与秋分点黄道与赤道的两个交点称为春分点和秋分点。视太阳在黄道上从南半球向北半球运动时，黄道与天球赤道的交点称为春分点，用γ表示。在天文学中和研究卫星运动时，春分点和天球赤道面，是建立参考系的重要基准点和基准面≤赤经与赤纬地球的中心至天体的连线与天球赤道面的夹角称为赤纬,春分点的天球子午面与过天体的天球子午面的夹角为赤经。6地球的公转：开普勒三大运动定律：—运动的轨迹是椭圆，太阳位于其椭圆的一个焦点上；—在单位时间内扫过的面积相等；—运

4、动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。7地球的自转的特征：(1)地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）地球自转轴在空间的变化，是日月引力的共同结果。假设月球的引力及其运行轨道是固定不变的,由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，类似于旋转陀螺，形成一个倒圆锥体（见下图），其锥角等于黄赤交角ε=23.5″，旋转周期为26000年，这种运动称为岁差，是地轴方向相对于空间的长周期运动。岁差使春分点每年向西移动50.3″89月球绕地球旋转的轨道称为白道，月球运行的轨道与月的之间距离是不断变化

5、的，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小园，而是类似园的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上叠加周期为18.6年，且振幅为9.21″的短周期运动。这种现象称为章动。考虑岁差和章动的共同影响：真旋转轴、瞬时真天极、真天球赤道、瞬时真春分点。考虑岁差的影响：瞬时平天极、瞬时平天球赤道、瞬时平春分点。10(2)地轴相对于地球本身相对位置变化（极移）地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。某一

6、观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。地球极点的变化，导致地面点的纬度发生变化。°天文联合会(IAU)和大地测量与地球物理联合会(IUGG)建议采用国际上5个纬度服务(ILS)站以1900～1905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO(ConventionalInternationalOrigin)11°国际极移服务(IPMS)和国际时间局(BIH)等机构分别用不同的方法得到地极原点。与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。12(3)地球自转速度变

7、化（日长变化）地球自转不是均匀的，存在着多种短周期变化和长期变化，短周期变化是由于地球周期性潮汐影响，长期变化表现为地球自转速度缓慢变小。地球的自转速度变化，导致日长的视扰动和缓慢变长，从而使以地球自转为基准的时间尺度产生变化。描述上述三种地球自转运动规律的参数称为地球定向参数(EOP)，描述地球自转速度变化的参数和描述极移的参数称为地球自转参数(ERP)，EOP即为ERP加上岁差和章动，其数值可以在国际地球旋转服务(IERS)网站(www.iers.com)上得到。　132.2时间系统∑时间的描述包括时间原点、单

8、位（尺度）两大要素。时间是物质运动过程的连续的表现，选择测量时间单位的基本原则是选取一种物质的运动。时间的特点是连续、均匀，故一种物质的运动也应该连续、均匀。∑周期运动满足如下三项要求，可以作为计量时间的方法。–运动是连续的；　–运动的周期具有足够的稳定性；　–运动是可观测的。∑选取的物理对象不同，时间的定义不同:地球的自转运动、地球的公转、物质的振动等。1