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高中二~高中三年级 (16-18岁)

高中地理 天体的坐标系

天球是设想所有天体都贴在观测者周围一个大球内壁上的假想球；由于地球自转，天球看起来每天自东向西转一圈。 天北极的高度等于观测地的纬度，所以在首尔，北极星挂在北方天空约 37.5° 的高处。 恒星经过子午线、升到最高时的高度叫中天高度，用 h = 90° − |φ − δ| 计算；纬度和赤纬决定了哪些星永不落下（拱极星）、哪些星永不升起。 在第一张图中改变纬度和时角，可以看到天北极和恒星的周日圈怎样倾斜、恒星此刻在哪里；第二张图展示了计算中天高度的过程。

什么是天球

💡 把天空想成一个大球
①天球以观测者为中心，设想所有天体都贴在同样远的球面上
②地球自西向东自转，所以天球看起来每天自东向西转一圈
③地轴延长后与天球的交点是天北极和天南极，地球赤道面延长后与天球相交的大圆是天赤道
④北极星在天北极附近，所以整夜几乎不动
⑤要表示天体的位置，需要先定好基准的坐标系

坐标系比较

地平坐标系与赤道坐标系
类别地平坐标系赤道坐标系
基准观测者的地平线天赤道
坐标 1方位角（A）赤经 α（以时为单位，0 ～ 24 h）
坐标 2高度（h）赤纬 δ（以度为单位，−90° ～ ＋90°）
随时间不断变化几乎不变
用途在当下的夜空中寻找天体星表、星图

恒星的周日运动与时角

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0
🌍 图中要看什么
①天北极在北方地平线以上纬度 φ 的高度：纬度 0° 时在地平线上，纬度 90° 时在天顶
②恒星以天北极为轴按逆时针方向、即自东向西旋转，周日圈总是与天赤道平行
③时角 H 表示恒星从子午线向西转过了多少，H ＝ 0° 时恒星在子午线上，升到最高（中天）
④纬度越高，周日圈越向地平线倾倒，永不落下的星（拱极星）和永不升起的星越多
⑤恒星时（ST）＝ 赤经（α）＋ 时角（H）

计算中天高度

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中天高度公式
h中天 = 90° − |φ − δ|
赤纬大于纬度时，恒星在天顶以北中天，但高度仍用同一个公式计算
📐 在首尔看太阳的中天高度
①首尔的纬度约为 37.5°
②夏至太阳（δ ＝ ＋23.5°）的中天高度是 90° − |37.5° − 23.5°| ＝ 76°
③冬至太阳（δ ＝ −23.5°）的中天高度是 90° − |37.5° −（−23.5°）| ＝ 29°
④春分和秋分的太阳（δ ＝ 0°）中天高度为 90° − 37.5° ＝ 52.5°
⑤夏季太阳高、白昼长、阳光强，冬季太阳低、白昼短、阳光弱，原因就在这里

拱极星与永不升起的星

拱极星条件
δ > 90° − φ
赤纬大于（90° − 纬度）时，整个周日圈都在地平线以上，恒星永不落下
永不升起的条件
δ < φ − 90°
赤纬小于（纬度 − 90°）时，整个周日圈都在地平线以下，恒星永不升起
🌟 不同纬度的差别
①在首尔（φ ＝ 37.5°），赤纬大于 52.5° 的星是拱极星，小于 −52.5° 的星永不升起
②在图中把纬度调到 35° ～ 40°，红色圆（＋60°）全部在地平线以上，蓝色圆（−60°）全部在地平线以下
③在赤道（φ ＝ 0°），所有周日圈都与地平线垂直，所有恒星都会升起和落下
④在北极（φ ＝ 90°），周日圈与地平线平行，赤纬为正的星永不落下，赤纬为负的星永不升起

例题与真题检验

例题 1
在纬度 37.5°N 的首尔，赤纬 δ ＝ ＋23.5° 的天体（夏至的太阳）中天高度是多少？（中天高度 ＝ 90° − |φ − δ|）
1
把纬度和赤纬代入中天高度公式 h ＝ 90° − |φ − δ|。
2
h ＝ 90° − |37.5° − 23.5°| ＝ 90° − 14° ＝ 76°。
▸ 76°
在第二张图中把纬度设为 35°、赤纬设为 25°，得到 h ＝ 80°。赤纬越接近纬度，中天位置越接近天顶。
例题 2
在纬度 37.5°N，恒星要全年永不落下（成为拱极星），赤纬 δ 要满足什么条件？
1
拱极星的条件是赤纬 δ ＞ 90° − 纬度 φ。
2
φ ＝ 37.5°，所以 δ ＞ 90° − 37.5° ＝ 52.5°，即赤纬大于 52.5° 的星永不落下。
▸ δ ＞ 52.5°
天北极的高度等于纬度，所以越靠近天北极（赤纬越大）的星越不会落下。在赤道上没有拱极星。
韩国高考类题
下列关于天体坐标和中天高度的说法，正确的是哪一项？
①天北极的高度等于观测者的经度
②中天高度用 90° − |纬度 − 赤纬| 计算
③赤道坐标系的赤经和赤纬随时间不断变化
④赤纬越小，越容易成为拱极星
⑤在地平坐标系中，恒星的坐标不随时间变化
▸ ② 中天高度用 90° − |纬度 − 赤纬| 计算
1
中天高度公式 h ＝ 90° − |φ − δ| 只用纬度和赤纬就能求出任何天体的中天高度。
2
天北极的高度等于纬度（①），赤经和赤纬几乎不变（③），赤纬越大越容易成为拱极星（④），地平坐标随时间变化（⑤）。

总结

中天高度
h = 90° − |φ − δ|
只要知道纬度和赤纬，就能求出任何天体的中天高度
🎯 考试要点
①中天高度 ＝ 90° − |φ − δ|
②天北极的高度等于观测地纬度 φ
③拱极星条件是 δ ＞ 90° − φ，永不升起的条件是 δ ＜ φ − 90°
④恒星绕天北极自东向西旋转，周日圈与天赤道平行
⑤恒星时（ST）＝ 赤经（α）＋ 时角（H）
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