CN219202612U - 全方位地平坐标天球仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述全方位地平坐标天球仪，包括透明天球、转轴、地球模型、垂向转环、二个竖环、地平圈、遮挡半球、底座；透明天球的两端通过转轴与垂向转环两端的轴孔连接，可绕着转轴进行360°轴向转动；地球模型位于转轴的中部；遮挡半球位于底座的上方；地平圈水平置放在遮挡半球上方；二个竖环前后夹持垂向转环垂直固置在遮挡半球及地平圈的左右两侧，垂向转环可带动转轴和透明天球及地球模型沿着二个竖环限定的轨道中进行360°垂向转动。通过垂向转环和竖环的搭配，实现天球南北天极沿着地平圈南北方向进行360°垂向转动，可直观反映全球任意纬度观测地点在地平面上方的可见天体；通过遮挡半球，可隐藏地平面以下的不可见天体，真实呈现观测实景。

Description

全方位地平坐标天球仪

技术领域

本实用新型属于科研教学仪器，尤其涉及一种带地平坐标和遮挡半球的全方位地平坐标天球仪。

背景技术

天球仪是一种天球模型，通常作为天文教学、普及天文知识、航海的辅助仪器。现有的天球仪大多采用通过弓形刻度盘连接天球南北天极并固置在底座上，可利用天球表面上的星图和弓形刻度盘上的角刻度大致了解整个星空各天体之间的相对位置。以往的天球仪采用不透明材料球壳体，不易体现观测者从球心朝外看的实情。近些年面市的透明天球仪采用透明球壳体，并在天轴中部增设地球模型，直接提示地球在天球的中心位置，观测者是从天球中心朝外观测天球，从而克服了上述的弊端。尽管如此，上述天球仪仍然存在下列主要问题：

1.由于观测者实际上只能看地平面上方的半球星空，而上述天球仪呈现整个星空，使用者难以想象和确定观测地点地平面分界线的具体位置。

2.位于不同纬度观测地点所见的可见星空是不同的，天球的天轴与地平面之间的夹角值随着观测地点纬度的增加而减少。上述天球仪的天轴是固定在右倾23°26′的弓形刻度盘上下两端，不能进行垂向转动，此时天球仅反映北纬66°32′观测地点的实况，其他纬度观测地点在必要时只能拿起整个天球仪进行转动，其转动角度也无法准确定位，尤其对位于南半球观测者来说，这个矛盾更为凸显。

3.上述天球仪的弓形刻度盘仅有90°～0°～90°纬度角刻度，而所视天体的高度角与观测地点纬度角互为余角，使用时需进行人为换算。

4.上述天球仪只能显示天体位于天球坐标上的位置，不能反映天体位于地平坐标上的位置，而使用者需要某天体的地平方位和高度角，才能确定与观测者的相对位置。

5.上述天球仪的天球上没有设置等时圈，故难以推算某天体出没地平面的具体时刻。

6.上述天球仪的天球上全部文字的字头朝向北天极，这给观测地点位于南半球的使用者带来不便，其通用性较差。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述天球仪的技术缺陷，提供一种可确定观测者在某时某地与某天体相对位置的全方位地平坐标天球仪。

本实用新型是这样实现的，所述全方位地平坐标天球仪包括透明天球、转轴、地球模型、垂向转环、二个竖环、地平圈、遮挡半球、底座；透明天球的两端通过转轴与垂向转环两端的轴孔连接，可绕着转轴进行360°轴向转动；地球模型位于转轴的中部；遮挡半球位于底座的上方；地平圈水平置放在遮挡半球上方；二个竖环前后夹持垂向转环垂直固置在遮挡半球及地平圈的左右两侧，垂向转环可带动转轴和透明天球及地球模型沿着二个竖环限定的轨道中进行360°垂向转动；透明天球两端轴孔处为北天极和南天极，在与北天极和南天极距离相等且垂直于天轴处标有天赤道圈；在与天赤道圈斜交23°26′处标有黄道圈及二十四节气日(含对应日期)标注点，用以表示每年太阳在黄道上的视位置，天赤道圈与黄道圈的两个交点分别为春分日和秋分日，黄道圈过春分点后升到天赤道以北之上，黄道圈过秋分点后降到天赤道以南之下；通过天赤道又通过北天极和南天极的经线为等时圈，在透明天球上分布十二道间隔15°的等时圈，相邻等时圈的间隔为1小时，其中位于黄道圈上春分日、夏至日、秋分日、冬至日处的等时圈上标注间隔10°的赤玮角刻度。

本实用新型所述透明天球的星图为国际通用的88个星座和5等以上亮星，透明天球的南北半球上文字字头朝向两极。

本实用新型所述垂向转环的内径略大于透明天球外径，外径略小于遮挡半球内径，其两端各设置一个与转轴配合的轴孔。

本实用新型所述转轴的长度与二个垂向转环轴孔外端的间距相等，转轴穿过地球模型和透明天球与垂向转环的轴孔连接。

本实用新型所述竖环是一个外径上大下小的环形，其内径略大于透明天球外径，上半部分的外径大于垂向转环外径，下半部分外径略小于遮挡半球内径。二个竖环形状和大小相同，垂向位于垂向转环前后端，间隔略大于垂向转环厚度，其中前端竖环上半部分标有90°～0°～90°的左南右北的纬度角刻度和0°～90°～0°的高度角刻度。

本实用新型所述地平圈为环形，其上表面标有0°～360°地平方位角刻度和东西南北方位标注，地平方位角按左北、右南、前西、后东的规定排列，角度值以正南为起始点朝西顺时针排列，地平圈水平布置，竖环位于地平圈的南北两侧，地平圈南北向的内侧各设有让竖环及垂向转环贯穿的避让槽。

本实用新型所述遮挡半球采用半透明材料，其半球高度含地平圈厚度。

本实用新型所述底座采用近似上小下大的圆台体，其上端与遮挡半球的下端连接。

本实用新型的有益效果是:

1.通过垂向转环和竖环的搭配，实现天球南北天极沿着地平圈南北方向进行360°垂向转动，可直观反映全球任意纬度观测地点在地平面上方的可见天体。

2.通过遮挡半球，可隐藏地平面以下的不可见天体，真实呈现观测实景。

3.通过竖环上高度角刻度直接读取某天体上中天高度角，免去与纬度角的互为余角换算。

4.通过地平圈和等时圈确定某天体出没观测地点地平面的时刻和地平方位。

5.可直观呈现和演示位于地球赤道、南北两极、介于赤道和南北两极之间的任意纬度观测地点的可见天体及可见天体的周日视运动。

本实用新型克服了现有天球仪存在的弊端，实现了更多的使用功能，可作为帮助学生对相关天文地理知识理解掌握的教具，也可作为激发青少年探究天体兴趣的科普演示装置，具有可视性强、通用性好、操作简便、精确度较高等特点。

附图说明

图1是本实用新型所述全方位地平坐标天球仪主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是本实用新型所述垂向转环主视图。

图4是本实用新型所述竖环主视图。

图5是本实用新型所述地平圈俯视图。

图中：1.透明天球，2.转轴，3.地球模型，4.垂向转环，5.竖环，6.地平圈，7.遮挡半球，8.底座；

11.天赤道圈，12.等时圈，13.赤玮角刻度，14.黄道圈，15.星图；

41.轴孔；

51.南北纬角刻度，52.高度角刻度；

61.地平方位角刻度，62.避让槽。

具体实施方式

下面结合附图1-5和实施例对本实用新型进行具体说明：

本实用新型实施例由透明天球1、转轴2、地球模型3、垂向转环4、二个竖环5、地平圈6、遮挡半球7、底座8等构成；透明天球1的两端通过转轴2与垂向转环4两端的轴孔41连接，可绕着转轴2进行360°轴向转动；地球模型3位于转轴2的中部；遮挡半球7位于底座8的上方；地平圈6水平置放在遮挡半球7上方；二个竖环5前后夹持垂向转环4垂直固置在遮挡半球7及地平圈6的左右两侧；垂向转环4可带动转轴2和透明天球1及地球模型3沿着二个竖环5限定的轨道中进行360°垂向转动。

透明天球1采用外径320mm、厚2mm的透明球壳体，天球上设有天赤道圈11、黄道圈14及二十四节气日标注点、十二道间隔15°的等时圈12。在黄道圈14春分日、夏至日、秋分日、冬至日处的等时圈12上标注间隔10°的赤玮角刻度13，天球上标有星图15，星图15的名称字头分别朝向南北天极。转轴2直径3.5mm、长度332mm，位于其中部的地球模型3外径82mm。

垂向转环4采用厚6mm板材，其内径322mm、外径344mm，在垂向转环4的两端各开设一个直径3.5mm、深度5mm的轴孔41。

二个竖环5采用厚4mm板材，其内径为322mm，上半部分的外径370mm、下半部分的外径344mm。位于前端的竖环5上半部分标有90°～0°～90°的左南右北的南北纬度角刻度51和0°～90°～0°的高度角刻度52。

地平圈6采用厚6mm板材，其内径322mm、外径402mm，上表面标有0°～360°地平方位角刻度61和东、西、南、北方位标记。在地平圈6南北向的内侧分别开设让竖环5及垂向转环4贯穿的避让槽62。

遮挡半球7采用咖啡色半透明有机材料半球壳体，其外径350mm、内径344mm，半球壳体高度为169mm。

底座8采用PVC管材，其高度100mm、顶端外径160mm、底端外径260mm。

上述各主要零部件通过螺钉和黏胶连接后构成一个整体，透明天球1可绕着转轴2进行360°轴向转动，同时亦可伴随转轴2及垂向转环4进行360°垂向转动。

本实用新型的操作步骤如下：

1.根据观测地点的纬度，通过垂向转环将天球上的天赤道圈对准竖环上端对应纬度位置。其中，观测地点在北半球时，其天赤道圈对应的纬度刻度位于竖环右侧；观测地点在南半球时，其天赤道圈对应的纬度刻度位于竖环左侧。

2.根据观测日期，通过转轴将天球黄道圈上对应日期(节气日有标注点和日期，非节气日采用插值法确定)与转环对齐。

在上述操作完成后，可获取下列信息：

1.天球在地平圈上方可见的星图即为同纬度观测地点该日正午12时所见的实际星空，其余时段类推。

2.通过天球上的等时圈，可确定某天体上中天(位于观察者头顶上方)时刻。

3.通过竖环上的高度角刻度盘，可从中直接读取某天体的上中天高度角。

4.可通过地平圈和等时圈确定某天体出没观测地点地平面的时刻和地平方位。

5.可呈现和演示位于地球赤道、南北两极、介于赤道与南北两极之间任意纬度观测地点的可见天体及可见天体的周日视运动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.全方位地平坐标天球仪，它包括透明天球(1)、转轴(2)、地球模型(3)、垂向转环(4)、二个竖环(5)、地平圈(6)、遮挡半球(7)、底座(8)；其特征是：所述透明天球(1)的两端通过转轴(2)与垂向转环(4)两端的轴孔(41)连接，可绕着转轴(2)进行360°轴向转动；地球模型(3)位于转轴(2)的中部；遮挡半球(7)位于底座(8)的上方；地平圈(6)水平置放在遮挡半球(7)上方；二个竖环(5)前后夹持垂向转环(4)垂直固置在遮挡半球(7)及地平圈(6)的左右两侧，垂向转环(4)带动转轴(2)和透明天球(1)及地球模型(3)沿着二个竖环(5)限定的轨道中进行360°垂向转动；所述透明天球(1)两端轴孔(41)处为北天极和南天极，在与北天极和南天极距离相等且垂直于天轴处标有天赤道圈(11)；在与天赤道圈(11)斜交23°26′处标有黄道圈(14)及二十四节气日含对应日期标注点，用以表示每年太阳在黄道上的视位置，天赤道圈(11)与黄道圈(14)的两个交点分别为春分日和秋分日，黄道圈(14)过春分点后升到天赤道以北之上，黄道圈(14)过秋分点后降到天赤道以南之下；通过天赤道又通过北天极和南天极的经线为等时圈(12)，在透明天球(1)上分布十二道间隔15°的等时圈(12)，相邻等时圈(12)的间隔为1小时，其中位于黄道圈(14)上春分日、夏至日、秋分日、冬至日处的等时圈(12)上标注间隔10°的赤玮角刻度(13)。

2.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述透明天球(1)的星图(15)为国际通用的88个星座和5等以上亮星，透明天球(1)的南北半球上文字字头朝向两极。

3.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述垂向转环(4)的内径略大于透明天球(1)外径，垂向转环(4)的外径略小于遮挡半球(7)内径，垂向转环(4)的两端各设置一个与转轴配合的轴孔(41)。

4.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述转轴(2)的长度与二个垂向转环(4)轴孔(41)外端的间距相等，转轴(2)穿过地球模型(3)和透明天球(1)与垂向转环(4)的轴孔(41)连接。

5.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述竖环(5)是一个外径上大下小的环形，竖环(5)内径略大于透明天球(1)外径，竖环(5)上半部分的外径大于垂向转环(4)外径，竖环(5)下半部分外径略小于遮挡半球(7)内径；二个竖环(5)形状和大小相同，垂向位于垂向转环(4)前后端，间隔略大于垂向转环(4)厚度，其中前端竖环上半部分标有90°～0°～90°的左南右北的纬度角刻度和0°～90°～0°的高度角刻度。

6.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述地平圈(6)为环形，其上表面标有0°～360°地平方位角刻度(61)和东西南北方位标注，地平方位角按左北、右南、前西、后东的规定排列，角度值以正南为起始点朝西顺时针排列，地平圈(6)水平布置，竖环(5)位于地平圈(6)的南北两侧，地平圈(6)南北向的内侧各设有让竖环(5)及垂向转环(4)贯穿的避让槽(62)。

7.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述遮挡半球(7)采用半透明材料，其半球高度含地平圈(6)厚度。

8.根据权利要求1所述全方位地平坐标天球仪，其特征是：所述底座(8)采用上小下大的圆台体，其上端与遮挡半球(7)的下端连接。

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