天文学基础知识——天球与天球坐标系

天文观测的基础知识为了进行天文观测，就要学会认识星空，识别天体；因此，有关天体的坐标，天体的运动，天文观测所用的时间系统，星座与星图，以及星星的星等、颜色、光谱型等多方面的基础知识，都是我们开展天文观测活动时，必须首先了解的。

1.天球和天球坐标系进行天文观测首先要从找星、认星开始。

在茫茫的星空中，怎样去寻找我们想要观测的天体呢？这就必须知道天体在空中的“住址，”即它在天空的坐标。

这样的坐标是怎样建立起来的呢？这就要从天球说起。

（1）天球当我们仰望天空观察天体时，无论是太阳、月亮还是恒星、行星，它们好像都镶嵌在同一个半球的内壁上，而我们自己无论在地球上什么位置，都好像是处于这个半球的中心。

这是由于天体离我们太远了，我们在地球上无法觉察不同天体与我们之间距离的差异。

因此，为了研究天体的位置和运动，可以引入一个假想的以观测者为球心，以任意长为半径的球，称作天球。

由于地球在浩瀚的宇宙中可以看作是一个质点，地心也可以当作地球的中心，因此可以假想一个地心天球，它是以地心为中心、无穷远为半径的球。

有了天球，我们认识天体就方便了，因为不论天体离我们多么遥远，我们都可以把它们投影到天球上，并用它们在天球上的视位置来表示它们。

在天球上，两颗星之间的距离如同在球面上两点间的距离一样，用角度来表示，称为角距。

显然，角距与两颗星的真实距离是两回事：角距很小的两颗星实际距离可能十分遥远。

星体的角直径（简称角直上看去它所张的角来角直径也不是天体的如，月亮和太阳的视是1/2 度，但月亮的大简直可以忽略不计，离地球很近才看起来（2）天球坐标系大小一般用视径），即从地球表示。

同样，视真实大小。

例角直径大约都小与太阳相比只是由于月亮很大。

为了描述天体在天球上的视位置，就要在天球上建立起坐标系，称天球坐标系，就像我们为了描述地球上某一点的位置需要建立地球坐标系（如用地理纬度和地理经度表示）一样。

事实上，天球坐标系与地球坐标系的模式很相似。

天文学常用名词一、天球（Celestial sphere）：是在天文学和导航上想出的一个与地球同圆心，并有相同的自转轴，半径无限大的球。

天空中所有的物体都可以当成投影在天球上的物件。

地球的赤道和地理极点投射到天球上，就是天球赤道和天极。

天球是位置天文学上很实用的工具。

二、天球坐标系统天文学上用来描绘天体在天球上位置的坐标系统。

有许多不同的坐标系统都使用球面坐标投影在天球上，类似于使用在地球表面的地理坐标系统。

这些坐标系统的不同处只在用来将天空分割成两个相等半球的大圆，也就是基面的不同。

例如，地理坐标系统的基面是地球的赤道。

每个坐标系统的命名都是依据其所选择的基面。

天球坐标系统有：地平坐标系（地理平面为基面）、赤道坐标系统（赤道平面为基面）和黄道坐标系统（公转黄道面为基面）。

1、地平坐标系（Horizontal coordinate system）又作地平座标系，是天球坐标系统中的一种，以观测者所在地为中心点，所在地的地平线作为基础平面，将天球适当的分成能看见的上半球和看不见（被地球本身遮蔽）的下半球。

上半球的顶点（最高点）称为天顶，下半球的顶点（最低点）称为地底。

地平坐标系统使用高度角（Altitude, Alt）和方位角（Azimuth, Az）表示位置：高度角是天体和观测者所在地的地平线的夹角，方位角是沿着地平线测量的角度（由正北方为起点向东方测量）。

2、赤道坐标系统又作赤道座标系统，是使用得最广泛的天球坐标系统。

与地理坐标系统非常相似，因为两者使用相同的基准平面和相同的极点。

地球的赤道在天球上的投影就称为天球赤道，相同的，地理极点在天球上的投影就是天极。

赤道坐标系统使用赤经（Right ascension）、赤纬（Declination）表示位置信息。

天球上的赤经，与地理座标中的经度相同。

赤经和经度都是沿着赤道向东或西方向量度，零点也是赤道上随意选择的。

经度的零点是本初子午线；赤经的零点是春分点，这是太阳在3月下旬运行至北天球时所通过的点，也是地球的升交点。

天球和天球坐标系在晴朗的夜晚，仰望天空，眼前像有一个半球形的夜幕天穹，上面点缀着无数闪烁改变的明星，感觉自己仿佛是处在这个天穹的中心，这就是人们对“天球”的印象，天文学家为了研究天体的位置和天体的运动引入了“天球“的概念和天球坐标。

天球和天球坐标系天球是一个假想的球，它是以观测都（或地心、日心）为中心，以无穷远为半径的球，所有天体都投影在这个球面上。

天球的轴是地球自转轴的延伸，叫天轴；天轴与天球有两个交点叫做天极，地球北极的延伸的点叫北天极′球南极延伸的那个点叫南天极。

天体在天球上的视位置，最方便是用球面坐标来表示，在天球上建立的球面坐标系叫天球坐标系。

天文中常用的天文坐标系有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系、银道坐标系。

1.地平坐标系地平系主要有两个参量：方位角A和地平高度H（或天顶距Z），如图：2.1所示。

观测者的头顶方向与天球相交的点叫天顶（Z点）。

从观测都脚底方向延伸与天球的交点叫天底。

垂直于天顶和天底连线并过天球中心的平面叫地平面。

它与天球相交于一个大圆，这个大圆叫地平圈，也叫真地平。

这个真地平是数学平面，它和眼睛看到的视地平有所区别。

在宽阔的海面上，因为地球是球形，视地平总是低于真地平。

与地平圈平行的小圆叫地平纬圈，与地平圈垂直的大圆叫地平经圈。

从北点沿地平圈顺时钟方向量度叫地平方位角，记做A。

天体δ的地平高度，是从地平圈沿着地平经圈向上量度，记作地平高度h 天体没着地平经圈天顶Z的圆弧叫这个天体的天顶距Z。

由图可以看出天顶距Z与天体的高度h 的关系为Z＝90。

－h。

所以，地平坐标系中，地平高度h参量也可以用天顶距z代替，两者之和等于90。

通过北天极p和天顶z的大圆叫天球子午圈，它和真地平相交于N点和S点。

靠近北天极的叫北点，和它相对的另一点是南点。

在地平圈上沿顺时针量度，离南、北点各90。

的点分别叫东点（E）和西点（W）。

通过天顶、东点、天底和西点的大圆ZEZ’W叫卯酉圈。

天体通过子午圈叫“中天”，天体每天有两次中天，位置达到最高的叫上中天，位置达到最低叫下中天。

西北师大附中天文台学习资料届班姓名---------------------------------------------------------------------------------第2讲天球及其天球坐标系一、天球1、概念以观测者为中心，以任意长为半径的假想的球，称为天球。

2、天体在天球上的投影3、天球的周日视运动4、天球上的基本圈和基本点二、天球坐标系1、地平坐标系：基圈：地平圈原点：南点经度称方位（A）纬度称高度（h）2、时角坐标系：基圈：天赤道原点：上点Q经度称时角（t）纬度称赤纬（δ）3、赤经赤纬坐标系：基圈：天赤道原点：春分点经度称赤经纬度称赤纬4、黄道坐标系：基圈：黄道原点：春分点经度称黄经纬度称黄纬座标法座标法就是用望远镜的赤经度盘和赤纬度盘（用游标）对准天体的座标值，就可以在镜中看到该天体，如果不在视场中心，可用微调来调整。

星星在天球上的位置，通常是用赤道座标来标明它的位置的。

这可以在许多书刊或当年的“天文年历”上找到。

有了星体的座标，还不能用望远镜上的赤经赤纬刻度盘来确定它的位置，因为望远镜的赤经度盘是按时角座标系来分划的。

时角刻度是由南点顺时针方向由0"到24"（或0º—360º）来刻划的。

也有的产品，时角刻度是从南点分别向二个方向，各刻划0"±12"（或0º—±180º），并规定向西为正、向东为负。

在上中天时，天体的时角是0"（0º），在下中天时为12"（或180º），时间和角度的关系是1h=15º，1m=15´，1s=15"（h，m和s分别表示时间上的时、分和秒）。

在时角座标中，天体的赤经（δ）是固定的，它不随观测的时间和地点而改变。

而天体的时角，即每时每刻在变化。

对于同一地区（或同一经度）的观测者而言，一个天体的时角随时间而同步增大。

第二章天球与天球坐标1.解释下列名词。

天体天体系统天球地心天球日心天球地轴天轴黄轴银轴赤道天赤道黄道银道地极天极黄极银极地平圈天顶天底东点西点南点北点上点下点春分点秋分点夏至点冬至点子午圈卯酉圈春分圈时圈六时圈经度方位时角赤经黄经银经纬度高度赤纬黄纬银纬天体：宇宙间名种星体的总称或宇宙中所有物质的总称。

包括恒星、行星、卫星、彗星体、陨星、小行星、星团、星系、星际物质、暗物质等。

（天体可为自然天体和人造天体，天体也分为可视天体和不可视天体（暗物质）) 。

天体系统：在引力作用下，邻近的天体会集结在一起，组成互有联系的系统，就是天体系统。

天球：以任意长为半径的一个假想的球体，若以观测者为中心，称为观测者天球。

它是天文学用作表示天体视位置和视运动的辅助工具。

地心天球：以地心为中心的天球。

日心天球：以日心为中心的天球。

地轴：地球在自转过程中，若不考虑公转因素，从地表到地内假设就有一连串不动的点，连接这些不动的点所构成的线就是地轴。

地球就是绕着假想的地轴自转的。

天轴：地轴任意或无限延伸就成天轴。

黄轴：与黄道垂直，连接北黄极与南黄极的连线就是黄轴。

银轴：与银道垂直，连接北银极与南银极的连线就是银轴。

赤道：既垂直于地轴，又通过球心的平面与地表相割面成的圆，称为赤道，它是地球上最大的圆。

天赤道：与北天极和南天极距离相等，且垂直于天轴的大圆，称为天赤道。

或指地球赤道平面任意扩展与天球相割而成的圆，称天赤道。

黄道：黄道面与天球相交的大圆称为黄道。

或：地球公转的轨道无限扩大与天球相交而成的圆。

银道：指银河系平面无限扩大与天球相交而成的圆。

天文界规定银道面与天赤道交角为63度26分。

为银道坐标系的基圈。

地极：地轴与地表相交的点就是地极。

有南、北两极天极：天轴与天球相交的点就是天极。

有南天、北天两极。

黄极：通过天球中心作一垂直于黄道面的直线，使该线与天球相交于两点。

其中靠近北天极P的称为北黄极K，靠近南天极P′的另一点称为南黄极K′。