第二节 天球坐标
一、地平坐标系
二、时角坐标系
三、赤道坐标系
四、黄道坐标系
观测与实习〔四〕辨认北极星，用简易方法测定地理纬度
第二节 天球坐标
天球是人们为研究问题方便而假想的球体，虽然它不是真实存在着的球体，但是天空给予人们的布满天体的球体印象却是非常直观的。像地表上有圆和点一样，天球上也有圆和点，而且天球上的圆也有大圆和小圆之分。大圆是以球心为圆心的圆，也就是过球心的平面无限扩展与天球相割而成的圆；小圆则不是以球心为圆心的圆，所有小圆所在的平面，都不通过球心（如图2－10）。任何一个大圆都有两个极点，极点到大圆上任何一点的角距离都是相等的，都是90°。当然两个相对应的极点连线与其大圆是垂直的。
天球上也有方向，天球上的方向，是以地球自转为基础，是地球上的方向的延伸。例如，和地球上经线相对应的南北方向，和地球上纬线相对应的东西方向。
在天球上，也有距离。但是，只有角距离，而没有直线距离。例如，织女星和牛郎星，相距为16.4光年，但是在天球上，只能看到它们之间相距约35°。所以，天球上的距离，实际上是天体之间方向上的夹角，而不是其真实的直线距离。
有了地理坐标系，便可以确定地面上任一地点的位置。为了确定和研究天体在天球上的位置和运动规律，人们规定了天球坐标系。根据不同的用途，有不同的天球坐标系。经常采用的天球坐标系有：地平坐标系、时角坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系。不同的坐标系，具有各不相同的组成要素。
各种坐标系都是在各自的基本圈和基本点的基础上建立起来的。因此，基本圈和基本点的确定，是建立天球坐标系最重要的内容，它决定着各种坐标系最本质的特征和不同的用途。
一、地平坐标系
地平坐标系是一种最直观的天球坐标系，和我们日常的天文观测关系最为密切。例如，在晴朗的傍晚，观测者经常可以看到人造卫星在群星间的运行，和大量的流星现象，它们的运行速度都很快，用什么方法能够快速、简便地记录下卫星或流星的位置呢？最简便的方法就是记下某瞬间该卫星或流星的地平经度（方位）和地平纬度（高度），这就是我们所要讨论的地平坐标系。
天⽂观测常识之⼀：？⾚道仪和天球⾚道坐标系（⼆）
天⽂观测常识之⼀: ⾚道仪和"天球⾚道坐标系"(⼆)
(2007-09-19 03:37:31)转载标签：
知识/探索
天⽂
天球⾚道坐标系
⾚经
⾚纬
⾚道仪
极轴校准
黄道⼗⼆宫分类： 顺⼿写在⽹边
天⽂观测常识之⼀: ⾚道仪和"天球⾚道坐标系"(⼆)
现在, 我们谈谈"天球"(Celestial Sphere).
如果我们在晴朗的夜晚只是随便看看, 不需要⽤"星图"(Star Chart), 你就能很容易地看到北⽃七星(Big Dipper). 但对于那些成百上千的不熟悉的星座, 没有"星图", 是不可想象的. 这"星图", 犹如地上⽤的"地图", 帮你"按图索骥"地找到⽬标.
⼀张"星图", 往往和时间和地点有关. 它是根据"天球"投射的原理制作的(图4).
图4 北部星图(北部"天球"的投影, modified form New Astronomer)
"天球"本⾝, 并不实际存在. 我们看的"宇宙", 浩瀚⽆垠, 太阳之外, 离我们最近的恒星, 也有⼏光年(ligh-tyear, 光也要⾛⼏年-光⼀年⾛的距离是9.46x10^^12公⾥, ^^是次⽅). 所以, 我们看的恒星,都是"不动"的, "象是"在同样的距离上.
从业余观测的⾓度看, 就象是⼀个"天球"("天幕")包在地球之外(图4). 其实, ⼤家也明⽩, 这也是⼀种"投射"(图5).
图5 天鹅座的各个恒星的实际位置(包括远近)和它们在"天球"上的投影(courtesy of NewAstronomer).
为了叙述上的⽅便, 描述"天球", 需要"定义"⼏个名词. "天球⾚道"(Celestial Equator)是地球⾚道平⾯向外延伸和天球的相交线. 对应地, "天球极点"是地球极轴(Polar Axis)向外延伸和"天球"的交点. 在北半球, 就是北极沿地球转轴延伸到"天球"的交点, 就是北极星(Polar Star, Polaris, North Star或Polestar)的位置. 所谓的"极轴校准"(PolarAlignment), 在北半球, 就是对准这"北极星".
1 专题二 天球与天球坐标系
一、球面三角基础知识
1、球面上的圆 （大圆、小圆）
定理：任何平面和球面的交线都是正圆。
定义：通过球心的平面与球面的交线，是直径最大的圆，叫做大圆。
不通过球心的平面与球面的交线，叫小圆。
2、球面上两点的距离：
角距离：简称“角距”，两点与球心连线的夹角θ。
线距离：角距所对应的大圆弧的长度L。
3、圆的极
与圆所在平面相垂的直线与球面相交的两个点。
大圆的极点：通过球心与大圆所在平面相垂的直线与球面的两个交点。
二、地球与天球
（一）地球上的基本点和圈
1、地轴、地极（南极、北极）、纬线和赤道、经线和本初子午线
2、地理坐标
（1）纬度（φ）：地球上某点与地心的连线与赤道的夹角。
（2）经度（λ）：地球上某点的经度指该点子午线（即经线）和本初子午线在赤道上所截取的弧段所对应的圆心角，或该点所在的子午面与本初子午面的夹角。
2 （二）天球
1、概念：以任意点为球心，任意长为半径，为研究天体的位置和运动而引进的一个与人们直观感觉相符的假想圆球。当以地心为球心时，叫地心天球。（即以观测者为地球中心，忽略地球半径）
2、特点：
（1）与直观感觉相符的科学抽象
（2）天体在天球上的位置只反映天体视方向的投影
（3）天球上任意两天体的距离用其角距表示
（4）地面上两平行方向指向天球同一点
（5）任意点为球心
3、天球上的基本点和圈
（1）天轴、天极(P、P’)和天赤道(Q、Q’)
天轴——通过天球球心O做直线POP’，与地轴重合。
天极——天轴与天球的交点。地球北极上空，北天极P；反之，南天极P’。
天赤道——地球赤道在天球上的投影。
（2）天顶(Z)天底(Z’)和真地平
天顶、天底——通过O做直线ZOZ’和观测者的铅垂线（指向地球球心）平行，与天球相交于两点。在观测者头顶的叫天顶，反之为天底。
第二章-天球与天球坐标系 第二章 天球与天球坐标系
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第二章 天球与天球坐标系
传统天文航海以太阳、月亮、行星和恒星（统称为天体，详见第十二章）为导航信标，获取天体的准确位置是开展天文航海的前提条件。在天文航海、球面天文学等领域，通常基于天球的概念，通过建立天球坐标系定义天体的位置。
本章详细介绍天球、天球基准点线圆、天球坐标系、天体位置坐标和天文三角形等概念，同时介绍基本的天球作图方法。
第一节 天球与天球基准点线圆
作为研究天文航海问题的平台和工具，天球及其基准点线圆是航海人员必备的基本知识。 第二章 天球与天球坐标系
1 一、天球
夜间仰观天空，总感到天空好象一个巨大的空心半球笼罩在头顶上，而且不论我们如何移动，总处于这个巨大的空心半球的球心。分布在无限广阔的宇宙中的所有天体，虽然距离我们远近各异，都好像散布在这个空心球的内表面上。
在天文学中，将这一感觉上的空心球体作为研究天体直观位置和运动规律的一种辅助工具，并定义为天球。也就是说，天球是以地心为中心，以无限长为半径的想象球体（图2-1-1）。所有天体投影在天球内表面上的位置，也因源于感观，称为天体的视位置。 图2-1-1 天球 第二章 天球与天球坐标系
2 值得说明的是，天球的半径为无限长这一特性，使得地球表面不同位置点之间的距离、地球的半径，甚至地球到太阳之间的距离等有限长的量可以被视为无穷小而忽略。因此，分别以地球表面不同位置点上的测者、地心和日心为中心的天球，可以被认为是同一个天球。
二、天球基准点线圆
天球上的基准点、线、圆，都是根据地球上的诸如地极、地轴、赤道、地平面、测者铅垂线、测者子午圈等基准点、线、圆而建立起来的，两者之间具有一一对应的投影关系。
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图2-1-2 地球基准点线圆 图2-1-3 天球基准点线圆 第二章 天球与天球坐标系
