当我们在地球上第一次夜观天象时,会获得怎样的信息呢?受限于两眼视差的局限,人类是感知不到星星与自己的距离的,所以在天文学中,距离这种信息是比较难获得的.星空的浩瀚,使我们很难一次观察到星空的全貌,那么就只好缩小自己的观测区域.如果观测的区域缩小至只包含一颗星星,那么除了视界中的一个亮点,其他将一无所获.如果观测的区域扩大到包含两颗星星,可观测的内容就出现了.我们可以测量两颗星星到观测点连线的夹角,由此就获得了第一个天文学观测数据.如果将观察区域扩大到包含三颗星,那么就可以测量这三颗星所形成的角,比如北斗七星中斗柄处的三颗星(玉衡—开阳—摇光)所成的角大约是150°.更一般的,在整个星空中,群星的位置关系与运动轨迹,都可以通过相应的角及角度变化来描述.因此,要迈出“量天”的第一步,必须要学习角的学问.
在平面几何中,角是由两条有公共端点的射线组成的几何对象,这种角也称为平面角,两条射线称为角的边,它们的公共端点称为角的顶点.各种其他形式的角都可以归纳为相应的平面角,例如:
(1)不相交直线所成的角为其相交的平行线所成的角.
(2)直线与平面所成的角为直线与平面法线所成夹角的余角.
(3)平面与平面所成的角为其中一平面的法线与另一平面所成角的余角.
在球面几何中,球面上圆心为球心的圆称为大圆.
(4)两个相交的大圆弧所成的角称为球面角,也就是两个大圆弧所在的半圆面所成的角.
在天文学中,角经常在两种情形下出现:一是在三角形中;二是在圆或扇形中.比如,将两颗星星T1,T2与地球E两两连线(图5-1),就构成一个三角形.我们观测到的这两颗星星到地球连线的夹角α,就是三角形T1ET2的一个内角;地球到两颗星星的距离,就分别是这个内角的两条邻边的长度.再比如,将月球绕地球的运行轨道近似看成圆(图5-2),一段时间内月球从点M运动到点M′,运动轨迹就是圆上的一段弧MM′,对应圆上的一个圆心角β.
图5-1
图5-2(www.xing528.com)
那么,应该如何度量角的大小呢?在圆的半径一定时,考虑弧长与所对圆心角的正比关系,可以给出角的两种度量:角度制和弧度制.
对于角度制,规定一圆周所对的圆心角为360°.因此,弧长为圆周的1/360的弧,所对的圆心角就为1°.同时规定
而弧度制,是规定长度等于半径的圆弧所对的圆心角为1弧度,记作1rad.由圆周的周长等于2π乘半径,得到弧度与度的关系:
进而有
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