试验4天文观测.doc

《地球概论》
实验指导书
福建师范大学地理科学学院
2010年3月
《地球概论》实验指导书
一、实验目的与基本要求
地球概论是高等师范院校地理专业的一门必修基础课和GIS专业选修课。该课程主要是从行星的角度和整体的观点来研究地球及其所处的宇宙环境,可以认为是天文学与地学的交叉学科。由于其中的一些知识相对较为抽象,安排适当的课程实验将有助于学生更好地理解概念、掌握理论,同时也有助于培养学生的动手操作能力,将所学的理论与实际联系起来。
实验要求学生在掌握理论知识的同时,掌握主要天文仪器的原理与操作,熟悉相关软件的使用,进行简单的天文观测和摄影,从而验证、深化、运用和巩固课堂所学理论。
二、主要使用的仪器设备
天球仪、天文望远镜、活动星图、激光笔、电脑等。
三、主要实验项目
实验1 天球仪的使用
一、实验内容
1、观察天球仪的结构,掌握天球仪的使用操作;
2、在天球仪上直接求算天体位置;
3、演示天球的周日/周年视运动
二、实验目的
1、了解天球仪的基本构造;
2、了解主要天球坐标和天体的相对位置;
3、学会在天球仪上求解一些简单的天文问题
三、实验原理
天球仪是用来表述各种天体坐标和演示天体视运动的天球模型,它将主要天体的视位置投影到球面上,而使其与实际星空相吻合。因此,天球仪可作为缩小了的星空,一幅立体星图。用天球仪可以演示天体的视运动和任意日期与时刻的星空,帮助初学者认星,了解星空变化的规律,还可以在上面直接读取各种天球坐标值,进行不同坐标系统之间的换算,并求解其它有关球面天文学的问题。天球仪用途非常广泛,是开展地球概论课程教学和普及天文知识必备的科教仪器。
1、天球仪的结构的认识
天球仪主要由天球、子午圈、地平圈和支架四部分组成,。图中,①天球;②子午圈;③天赤道;④黄道;⑤地平圈;⑥竖环;⑦底座;⑧螺旋。
图A 天球仪构造示意
(1)天球
天球是天球仪的主体部分。
球体的直径根据需要而定。大型天球仪观测者可以进入球内进行观测,通常使用的天球仪直径约30厘米,只能从球外向里观测。
天球可以绕一根贯穿圆球中心的轴旋转,这个轴称为天轴,天轴两端有轴承,装在子午线圈上,用以支持天球的旋转。
球面上绘有国际通用的星座和4等以上的主要亮星,其中著名的亮星注有中文专名。除此之外,球面上还绘有天赤道、赤纬圈、赤经圈和黄道等基圈和辅圈。其中,天球正中的大圆是天赤道,每隔1时(即15°)有一条赤经线与天赤道垂直,赤经线的经度值标注在天赤道上。和天赤道平行的小圆是赤纬圈,间距为10°,赤纬值也标明在赤纬圈上。和天赤道斜交约23°26′的大圆为黄道,其上标有黄经和日期,表示一年中太阳在黄道上的位置。因此,可在天球仪上读取任一天体的赤道坐标和黄道坐标。
此外,天球上还绘有一些特殊的点(如天南极和天北极、黄北极和黄南极、春分点及秋分点),以及部分星座图形、肉眼可见的星团和星云及银河等。
(2)子午圈
子午圈是通过天极固定在天球上并与天赤道垂直的大圆,子午圈与天赤道正交,上面刻有自天赤道到两极0°—90°的刻度,刻度数值与赤纬圈的度数相对应,可以在子午圈上读取任意天体的赤纬。子午圈的最高点是天顶,与之对应的最低点是天底。天顶和天底连线即测点的铅垂线。天子午圈决定了正南正北的方向原点,是量度方位的基准。
子午圈为地平坐标和赤道坐标所共有,据此可进行两种坐标之间的换算。
(3)地平圈
天球仪上宽边的水平圆环代表地平圈,固定在支架的竖环上,并和竖环垂直,可以读取任意天体中天时的高度。地平圈与子午圈交于南、北两点,与天赤道交于东、西两点,合称四方点,代表地平的四个方位。地平圈上自南点起,由东向西标有从0°—360°的刻度,表示地平经度(方位角)。
(4)支架
支架包括竖环和底座两部分。半圆竖环是支架的中坚部分,它既固定地平圈,又支持子午圈,并且还与支架的底座相连,从而使天球仪连成一个整体。底座支点向上延伸的方向线即是观测点的沿垂线,它与天球面交于天底和天顶两点。
2、天球仪的校正
天球仪的校正,包括纬度、方位和时间三项校正。校正后,显示在天球仪地平圈之上的部分就是当时当地所见的实际星空,就可以按图索骥,进行观测。
(1)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,使仰极在北点(或南点)的高度等于当地的地理纬度,这就能使天球仪正确显示地面上某点的观测者所见的星空。
(2)方位校正
对天球仪进行纬度校正后,移动天球仪,使天球仪上的方位与当地的实际方位相重合,即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。这样,天球仪上所显示的星空就与当地的实际星空相一致了。
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