來源:網(wǎng)絡(luò)資源 2022-11-27 21:00:12
地理課本把關(guān)于天文學(xué)最重要、最關(guān)鍵的部分刪除了,隱藏了起來。
天文學(xué),每一個(gè)都可以學(xué),系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。
認(rèn)識(shí)經(jīng)緯度就可以學(xué)習(xí)天文學(xué)。
轉(zhuǎn)發(fā)個(gè)大神的文章吧:小學(xué)生如何學(xué)習(xí)天文學(xué) - 知乎 (zhihu.com),雖然有些夸張,但所描述的天文現(xiàn)象確實(shí)只用了小學(xué)數(shù)學(xué)。
天文學(xué)
,用數(shù)學(xué)、物理學(xué)準(zhǔn)確的描述和解釋每一種天文現(xiàn)象。
天文學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)中最尖端,最前沿的科學(xué),也是現(xiàn)代科學(xué)中最基礎(chǔ)、最簡單的學(xué)科(自然科學(xué))。其實(shí)天文學(xué)無處不在,從東、南、西、北,到太陽的東升西落,從日夜交替,到一年四季,甚至地面上的每一個(gè)影子都是天文學(xué)中的一部分;而太陽系、銀河系、黑洞、宇宙、宇宙大爆炸也都是天文學(xué)的一部分。無論是最簡單的天文現(xiàn)象,還是最復(fù)雜的天文現(xiàn)象,天文學(xué)都是用數(shù)學(xué)、物理學(xué)來描述和解釋的。而學(xué)習(xí)天文學(xué),我們還是需要從最簡單的天文現(xiàn)象開始,并不是直接去描述黑洞、去解釋宇宙大爆炸。
自然科學(xué)(natural science)
是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行描述、理解和預(yù)測的科學(xué)。同時(shí)評(píng)審和研究結(jié)果的可重復(fù)性等機(jī)制被用來確保科學(xué)進(jìn)步的有效性。
天文學(xué)
,是一門自然科學(xué),是自然科學(xué)的一個(gè)分支,主要描述的自然現(xiàn)象就是天文現(xiàn)象,而使用的主要工具就是數(shù)學(xué)和物理學(xué)。或者說:天文學(xué)用數(shù)學(xué)描述天文現(xiàn)象,用物理學(xué)解釋天文象。由于用數(shù)學(xué)描述天文現(xiàn)象,天文學(xué)和數(shù)學(xué)的關(guān)系最為密切,其次是物理學(xué)。其實(shí)天文學(xué)是每一個(gè)普通人,每一個(gè)中、小學(xué)生都可以系統(tǒng)學(xué)習(xí)的自然科學(xué)。因?yàn)閺男W(xué)、初中、再到高中,我們已經(jīng)花費(fèi)了大量時(shí)間學(xué)習(xí)數(shù)學(xué) (12年)、物理學(xué) (5年)。而剩下的只是如何正確的使用數(shù)學(xué)來描述天文現(xiàn)象,用物理學(xué)來解釋天文現(xiàn)象了。
其實(shí),小學(xué)數(shù)學(xué)已經(jīng)系可以系統(tǒng)的、準(zhǔn)確的描述很多天文現(xiàn)象了,包括天文學(xué)中最重要的天文現(xiàn)象:地球的自轉(zhuǎn)和圍繞太陽的公轉(zhuǎn)。
小學(xué)數(shù)學(xué)可以描述的天文現(xiàn)象(5~6):一,二,三,四,五;
初中數(shù)學(xué)可以描述的天文現(xiàn)象(7~9):六,七,八,九,十一,十三,十四,十五,十六,※ ;
高中數(shù)學(xué)可以描述的天文現(xiàn)象(10~12):十,十+,十二,
經(jīng)緯度系統(tǒng)是學(xué)習(xí)天文學(xué)的必要基礎(chǔ)知識(shí)。
經(jīng)、緯度:
經(jīng)緯度是數(shù)學(xué)中描述球體(球面)的常用方式方法。而地球、地球儀就我們?nèi)粘I钪惺亲畛R姷慕?jīng)緯度系統(tǒng)。買一個(gè)地球儀還是很方便的,我們就可以了解地球的經(jīng)緯度系統(tǒng)了。
自轉(zhuǎn)軸:
地球南、北極之間的連線,是地球的自轉(zhuǎn)軸。
0°緯度線:
赤道是地球的0°緯度線,垂直于地球自轉(zhuǎn)軸,平分南、北極之間的連線。
緯度線:
地球球表面平行于赤道的圓弧線。北極的緯度是90°,南極的緯度是-90°。
經(jīng)度線:
地球表面連接南北之間的圓弧線。經(jīng)緯線之間互相垂直。
其實(shí),地球也是一個(gè)天體,地球的經(jīng)緯度系統(tǒng)也是天文學(xué)的一部分。而其中最重要的是:尋找我們生活所在的城市,在地球儀上的位置在哪里,我們生活城市的經(jīng)緯度是多少,城市的緯度是如何定義的。
學(xué)習(xí)天文學(xué)并不難,認(rèn)識(shí)經(jīng)緯度系統(tǒng)就可以學(xué)習(xí)天文學(xué)。其實(shí),在我們的地理課本中就有很多天文學(xué)知識(shí),只不過地理課中本把所有關(guān)于天文學(xué)最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的部分都刪除了,隱藏了起來。
天赤道
,地球赤道在星空中的投影,是天文學(xué)中最重要的標(biāo)記線之一。太陽東升西落、星星、星座東升西落,所有東升西落的移動(dòng)軌跡都是和天赤道平行的,這些都是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。那么,天赤道在哪里?在日常觀測中如何找到他?參考:【一. 正南方、天赤道】
日晷,傾斜對(duì)準(zhǔn)天赤道
面向正南,從頭頂(天頂)向正南傾斜一個(gè)特定角度就是天赤道,而這個(gè)特定的角度值就是我們生活城市的緯度值(A-Z之間的角度值)。日晷,天文學(xué)中最重要的天文儀器,可不僅僅只是一個(gè)計(jì)時(shí)工具,日規(guī)就是傾斜對(duì)準(zhǔn)天赤道的。只有傾斜對(duì)準(zhǔn)天赤道,等分的刻度才能將時(shí)間等分。參考:【二. 時(shí)間--真太陽時(shí)】
獵戶座的東升西落
獵戶座
,星空中最容易辨認(rèn)的星座。1年365天,獵戶座東升西落365次,每一次東升西落的移動(dòng)軌跡都是和天赤道平行的,其實(shí)每時(shí)每刻獵戶座與天赤道之間位置關(guān)系不變,這是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。所有的星星、星座東升西落的移動(dòng)軌跡都是和天赤道平行的,這些都是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。參考:【三. 365天,高度的變化規(guī)律】
太陽的東升西落
太陽,
天空中最亮的天體,太陽東升西落365次,看似復(fù)雜沒有規(guī)律,其實(shí)都是圍繞天赤道展開的。
1天之中
,太陽東升西落的移動(dòng)軌跡和天赤道是平行的(幾乎); (地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果)
1年之中
,太陽東升西落的移動(dòng)軌跡在天赤道±23.5°之間移動(dòng)。(地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的結(jié)果)
太陽東升西落的移動(dòng)軌跡和天赤道幾乎平行,更準(zhǔn)確的描述應(yīng)該是:太陽東升西落移動(dòng)軌跡形成的平面和天赤道平面幾乎是平行的,一般我們認(rèn)為平行。
太陽東升西落的移動(dòng)軌跡:FBG,平面FBG;
太陽東升西落的移動(dòng)軌跡:HDI,平面HDI,
天赤道EAW,天赤平面EAW,
3個(gè)平面平行:平面FBG // 平面HDI // 平面EAW(天赤道平面)
夏至日,每年6月21號(hào)前后,此時(shí)北半球白天時(shí)間最長,夜晚時(shí)間最短。冬至日,每年12月22號(hào)前后,此時(shí)北半球白天時(shí)間最短,黑夜時(shí)間最長。
夏至日,太陽高度角 = 天赤道傾斜角度+23.5°,
冬至日,太陽高度角 = 天赤道傾斜角度-23.5°,
天赤道傾斜角度 = 90°- 城市緯度。
地球上每一個(gè)城市天赤道傾斜角度都是不一樣的,每一個(gè)城市夏至日、冬至日太陽高度角都是不一樣的,但是都是圍繞天赤道展開的。計(jì)算每一個(gè)城市夏至日,冬至日,中午正南方太陽的高度角是非常簡單的,這是小學(xué)數(shù)學(xué)可以完成的任務(wù)。這和我們生活所在城市的緯度有關(guān)。實(shí)際測量一下正南方太陽高度角也并不復(fù)雜,可以和我們的計(jì)算結(jié)果比對(duì)一下。參考:【三. 365天,高度的變化規(guī)律】。
天球
:也是一個(gè)球體,天文學(xué)也是用經(jīng)緯度來描述天球的。仰望星空(天空),太陽東升西落,星星、星座東升西落,我們只能看見半個(gè)天球,大地平面以下的部分,我們是看不見的。但是對(duì)于數(shù)學(xué)這不是問題,根據(jù)球體的性質(zhì),我們可以將天球恢復(fù)成一個(gè)完整的球體。
天球
軸:
南、北天極之間的連線就是天球的旋轉(zhuǎn)軸。
0°緯度線:
天赤道(地球赤道在星空中的投影)就是天球的0°緯度線平面。
緯度線:
天球表面平行于天赤道的圓弧線。名稱:赤緯。
經(jīng)度線:
天球表面連接南、北天極之間的連線。
天赤道EAWA',天赤道平面EAWA',南北天極PP',PP'⊥圓-EAWA',天赤道平分南、北天極。
天球、地球都是球體,都是使用經(jīng)緯度系統(tǒng)來描述的。太陽東升西落的移動(dòng)軌跡,(幾乎)是沿著天球緯度線移動(dòng)的的,這是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。如果我們拿出地球儀,沿著緯度線行走,也是和地球赤道平行的。例如:沿著北回歸線行走,軌跡和地球赤道平行。夏至日,太陽東升西落的移動(dòng)軌跡,就是沿著天球赤緯23.5°移動(dòng)的;冬至日,太陽東升西落的移動(dòng)軌跡,就是沿著天球赤緯-23.5°移動(dòng)的。
東升西落:相對(duì)運(yùn)動(dòng)
1年365天,
太陽東升西落365次,每一次的最高點(diǎn)都在正南方,此時(shí)影子最短,指向正北方。
1年365天,
獵戶座東升西落也是365次,每一次的最高點(diǎn)也在正南方。
這些都是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果,東升西落是相對(duì)運(yùn)動(dòng),是相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的視覺運(yùn)動(dòng)。隨著地球的自轉(zhuǎn),是正南方掃過整個(gè)星空,掃過星空中的每一顆星星,每一個(gè)星座,包括太陽。這和我們乘坐旋轉(zhuǎn)木馬是一樣的。參考:【一】
天文學(xué)是一門空間科學(xué),從不同的視角觀測同一個(gè)天文現(xiàn)象,我們的觀測會(huì)更全面,這也有助于我們理解天文現(xiàn)象的本質(zhì)。換一個(gè)角度:從北天極俯視天赤道平面,看地球的自轉(zhuǎn)。
從北天極俯視天赤道,地球的自轉(zhuǎn)
1年365天,太陽東升西落365次,每一次的最高點(diǎn)都在正南方,此時(shí)影子最短指向正北方,天文學(xué)把這一時(shí)刻定義為中午12:00。這是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果:1年365天,隨著地球的自轉(zhuǎn),正南方掃過太陽365次,天文學(xué)把每一次正南方掃過太陽(中心)作為一個(gè)計(jì)時(shí)的起點(diǎn),只不過這個(gè)計(jì)時(shí)起點(diǎn)的刻度是 "12:00",而不是"0:00"。這就是真太陽時(shí),是天文學(xué)對(duì)于時(shí)間最根本的定義。
真太陽時(shí):
1年365天
,正南方掃過太陽365次,每一次都是中午12:00點(diǎn)。
1年365天
,正南方掃過地球的影子也是365次,每一次都是午夜0:00點(diǎn)。
1年365天
,正南方掃過獵戶座也是365次,每一次的時(shí)間也都是固定的么?
隨著地球的自轉(zhuǎn),正南方掃過星空中的每一顆星星,每一個(gè)星座,而正南方掃過每一個(gè)天體的時(shí)間規(guī)律,我們都可以用一個(gè)24小時(shí)=360°刻度的"時(shí)鐘"來描述,這是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。
時(shí)間與數(shù)學(xué):
其實(shí)我們一直是使用數(shù)學(xué)中的角度來表示時(shí)間,為了區(qū)分時(shí)間和角度,我們用"小時(shí)"來表示時(shí)間,用度" ° "來表示角度。時(shí)間和角度的轉(zhuǎn)換公式是24小時(shí)=360°。
時(shí)鐘:
幾百年來,我們一直認(rèn)為時(shí)鐘只是一個(gè)計(jì)時(shí)工具,只因?yàn)樗目潭仁?2小時(shí)=360°,這是天文學(xué)中"最完美的錯(cuò)誤",每一個(gè)人都知道,但是我們卻從不修正,為此我們還分為上午12小時(shí)、下午12小時(shí)的完美解釋。而學(xué)習(xí)天文學(xué),我們第一個(gè)要修正的就是這個(gè)天文學(xué)中最完美的錯(cuò)誤。這樣我們可以用一個(gè)時(shí)鐘描述所有天體移動(dòng)的時(shí)間規(guī)律,這是地球自轉(zhuǎn)和圍繞太陽公轉(zhuǎn)共同作用的結(jié)果。
太陽視角,地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)
地球的自轉(zhuǎn)和圍繞太陽的公轉(zhuǎn),是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的組合運(yùn)動(dòng),天文學(xué)從不同的視角為我們?nèi)娴拿枋鲞@一天文學(xué)中最重要的天文現(xiàn)象。大地平面視角,時(shí)間的視角 (北天極俯視天赤道),太空中太陽的視角。
參考:【三. 365天,高度的變化規(guī)律】【四. 日晷,相對(duì)運(yùn)動(dòng)】【五. 365天,時(shí)間的變化規(guī)律】
真太陽時(shí):
以太陽真實(shí)位置(影子)為計(jì)時(shí)方式的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。計(jì)時(shí)工具--日晷
時(shí)區(qū)-平太陽時(shí):
現(xiàn)在,手機(jī)、電腦、網(wǎng)絡(luò)中使用的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。
對(duì)時(shí):
用石英鐘和日晷對(duì)時(shí),石英鐘就獲得了真太陽時(shí);
對(duì)時(shí):
用石英鐘和手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí),石英鐘就獲得了時(shí)區(qū)平太陽時(shí)。
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