天球和天球坐标系

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。

在极点是特殊情况，两次中天天体的高度一样，可以定天体通过面向的子午圈方向为上中天，相距180。

背向的那次中天叫下中天。

地球上任何观测点的天极高度等于当地的地理纬度，由相似三角形的道理，可以证明。

如图2.2所示，在观测地O’处的天极为P’方向。

根据两个边互相垂直的角相等（∠ZOQ=∠P’O’E’），所以，天极的高度角等于当地的地理纬度。

2.赤道坐标系
如图2.3所示地球自转轴的延伸与天球相交的两点是北天极P和南天极P’。

地球赤道的延伸与天球相交的大圆圈叫天球赤道即天赤道Q Q‘。

天赤道以北的半个天球叫北天球，以南的叫南天球。

天球上平行于天赤道的小圆圈叫纬圈，垂直于天赤道并且过两个天极的大圆圈叫经圈或时圈。

在赤道坐标中，天体的位置，其赤经（RA）用α表示，赤纬（Dec）用δ表示。

赤纬δ是沿着赤经圈，由天赤道向北天极、南天极两个方向计量0。

～±90。

，从赤道向北天棚方向量度为正，向南天极方向量度为负。

地球公转轨道面的延伸与天球相交的大圆圈叫黄道，天赤道与黄道相交于两点，它们分别叫春分点和秋分点。

春分点是由于太阳在春分日那天由南半球进入北半天球时经过此交点，因此春分点也升交点，用符号γ表示。

天体的赤经α是从春分点开始，沿着赤道圈逆时针方向计量到天体的赤经圈与天赤道的交战，以0～24h计量。

3.时角坐标系
在时角坐标中，主要的参量是时角t和赤纬δ。

时角t是从过观测者子午圈与天赤道交点算起，到过天体的赤经圈与天赤道的交战，面向南，沿着赤道圈顺时针方向计量，按小时计量。

一周360。

是24小时，所以15。

为1小时。

从子午圈向西（逆时针）量度的时角称为负时角，如345。

的时角为t=-1h等。

赤纬δ是沿着赤经圈由天赤道向北天极或向南天极两个方向计算，从0。

～±90。

，从赤道向北天极方向量度为正，向南天极方向量度为负，这与赤道坐标一致。

时角坐标系对于天文观测来说是很方便的，后面我们进到天文时间系统时，就会一目了然。

4.黄道坐标系
如图2.4所示，黄道坐标是以黄道为基本圈，春分点为原点的球面坐标系。

垂直于黄道的大圆与天球相交的两个极点分别叫北黄极与南黄极。

天体的黄经是从春分点起算沿黄道逆时针量度，（自西向东），以0～24h计量，量度方向与赤经方向相同。

黄经用λ表示。

天体的黄纬是从黄道向北、南两个黄极量度0。

～±90。

，向北黄极为正，向南黄极为负，用β表示。

黄道与赤道的夹角叫黄赤交角，目前黄赤交角约23。

26’。

由图2.4可知北黄极的赤道坐标：赤经α为270。

＝18h，赤纬δ为90。

－23.5。

＝66.5。

5.银道坐标系
研究银河系用银道坐标系是最方便的。

银河系是一个扁的旋转椭球体，群星定性分析在银盘。

这个椭球的对称平面叫银道面，它与天球相交的大圆叫银道。

垂直银道面过天球中心与天球交两点，分别叫做北银极和南银极。

接近北天极的北银极，接近南天极的叫南银极。

在银道坐标系中，天体的位置用银经L，银纬b表示。

银纬b计量是沿着银经圈，由银道向北银极或南银极两个方向计算0。

～±90。

，从银道向北银极方向量度为正，向南银极方向量度为负。

银道和赤道的交，用i符号，银道由赤道之南进入赤道以北的交点叫升点，银经L是从升交点起算，沿着银道逆时针方向计算，从0h～24h。