天文学科普讲座之二——天文坐标系

时间：2019-09-19 21:00

主题：天文坐标系

主讲人：Charon

参考材料：张鸿教师和周礼勇教师的平凡天文学。

底下我们就先容基本的天球坐标系：地平坐标系、时角坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系、银道坐标系，此中最常用的是地安然赤道坐标系。各位先看一个图，我们起首先容一下天球的看法。天球是天文学的一个帮助东西，用以研讨天体的地点和活动的一个假想球。天球是以观察者为中央，随意距离为半径的球。

注意，我们不划定天球的半径，通常当做数学上的无量大，必要时可以取单位距离。天球的中央可以依据必要来选择，好比说以观察者为中央（站心）、地心或日心。

天球的看法便利我们举行观星活动，此时我们不体贴天体到我们的距离，而只体贴它们在天球上的地点，也就是天体在天球上的投影，即观察者（或天球的中央）与天体的连线与天球的交点。如此我们就可以依据坐标，快速找到我们想要观察的天体了。天体在天球上的距离是用角度来形貌的。

底下我们先容一下天文上常用的坐标系，在此之前我们必要简便了解一下球面坐标系的知识。但是这个我们以前很熟习了，只需接洽我们的地域经纬坐标系就可以了解。这个图就体现了一个基本的球面坐标系。

极点：也就是图中的第一极和第二极，对应的也就是地球上的南极和北极。基本圈：与两个极连线垂直的大圆，对应的是地球上的赤道。零经圈：可以想象一下本初子午线，英国格林尼治天文台地点的经线，我们划定这条经线与赤道的交点为零点。零点也叫基本点。如此我们就可以用经度和纬度两个坐标来形貌地球上的随意一个地点了。

地域坐标系：第一极是地球的北极，第二极是地球的南极，基本圈是地球的赤道圈，零经圈是格林尼治子午圈（本初子午圈）。坐标：地域经度（-180到+180，东经为正，西经为负）和地域纬度（-90到+90，北纬为正，南纬为负）。右旋坐标系。

底下我们就把地球坐标系想象整天球坐标系，真理是一样的，只不外一个向下看，一个向上看，后方再碰到第一极、第二极、基本圈、零点、零经圈这些看法，就想一下地球坐标系上对应的划定来了解。但是注意天球的东西朝向和地域上是相反的。

在了解常用的天球坐标系的历程中，我们必要眷注的几点有：第一极（基本朝向）、基本圈、零点（基本点）、区分是左旋坐标系照旧右旋坐标系。正是这几点建立了不同的天球坐标体系，从而可以划定不同天体的地点。

这个图体现了三个坐标系的相对地点。图中没有地平坐标系，由于这个坐标系取决于观察者的地域地点。图中蓝色的是赤道坐标系，赤色的是黄道坐标系，黄色的是银道坐标系。

起首是地平坐标系。

这是我们最常用的坐标系之一，但是地平坐标系是与观察者地点地的地域地点干系的，并且会随着时间而产生非线性的厘革。当我们在同一地区举行观星的时分，使用地平坐标系好坏常便利的，并且观察时必要思索天体的高度成绩，假如太低，大气影响过于严峻，假如过高，拦阻于仪器姿势的调停。

地平坐标系：第一极为观察者的天顶（z），第二极为天底，基本圈为真地平，零经圈为过天顶、天底和北天极（P）的半个大圆。这里的北天极也就是我们的北极星了，固然我们在北半球是见不到南天极的，我们在这里就想象北半球即可（天极的看法我们后方再谈）。纬角称为高度，余纬角称为天顶距，经角称为方位角，方位角从北点向东计量，偶尔从南点向西计量。左旋坐标系。

天顶距的看法很紧张，这一点前方有提到，高度加天顶距即是90度，两者可以表达相反的意思，但是天文上更习气使用天顶距。

天顶和天底很好了解，观察者的头顶就是天顶，对应的另一端就是天底。真地平也就是过球心与天顶和天底连线垂直的平面（xy平面），真地平圈是真地安然天球相交的大圆。地平坐标系的零经圈也叫天子午圈（xz平面），是一个大圆。天子午圈与真地平有两个交点，接近北天极的叫北点（N），接近南天极的叫南点（S），天赤道与真地平有两个交点，东点（E）和西点（W），这四个点统称四方点（天赤道后方说）。

天子午圈和天卯酉圈：天子午圈过天顶天底南点北点（xz平面），天卯酉圈过天顶天底东点西点（yz平面）。这两个圈和真地平（xy平面）两两互相垂直。

底下是时角坐标系，又叫第一赤道坐标系。

赤纬不随时间、地点的厘革而变。时角随时间增长且具有场合性。

时角坐标系：第一极北天极（P），第二极南天极，基本圈天赤道（xy平面），零经圈为观察者的子午圈（xz平面），零点为近南点。纬角是赤纬（-90到+90），赤纬的余角称为北极距。经角是时角，顺时针0h~24h计量。左旋坐标系。

天极是地球自转轴的延伸线与天球的交点。北极对应北天极，南极对应南天极。天极的高度 = 观察者地域纬度。天赤道面是经过天球中央与两天极连线垂直的平面，天赤道则是天赤道面与天球相交的大圆，实践上是地球赤道面的延伸。近南点接近南点，但是在天赤道上。

底下是赤道坐标系，又叫第二赤道坐标系。

赤道坐标系是最紧张的天球坐标系，由于引入了一个和天球一同作周日旋转的点作为零点，以是天体的地点和地球的自转不关，即不随时间和地点的厘革而改动。以是在天文观察中，我们通常使用赤道坐标系来标定天体的地点。

赤道坐标系：第一极是北天极，第二极是南天极，基本圈是天赤道，零点是春分点（后方讲）。纬角是赤纬（-90到+90），经角是赤经（0~360度），从春分点起量，逆时针朝向为赤经增长的朝向。右旋坐标系。

可以发觉两个赤道坐标系仅有零点是不一样的，并且旋转朝向不同。时角24h对应360度，以是1h是15度。

底下是黄道坐标系。

接纳黄道坐标系便于研讨太阳系内种种天体的活动情况。黄道坐标不随观察时间和观察地点而变。黄道坐标系和赤道坐标系之间可以经过黄赤交角相接洽。这个黄赤交角也是和地球四序相接洽的。

黄道坐标系：第一极是北黄极（K），第二极是南黄极，基本圈是黄道（xy平面），零点是春分点（也就是图中x轴上的?）。纬角是黄纬，经角是黄经。右旋坐标系。

黄道面是经过天球中央并与地球公转轨道平面相平行的平面，黄道面与天球相交的大圆为黄道。经过天球中央作黄道面的垂线，与天球交于北黄极和南黄极。二分二至点：黄道与天赤道交于两点，分散称为春分点和秋分点。从北半球上看，当黄道按逆时针朝向从天赤道之南穿到天赤道之北的交点（升交点）即为春分点（?），另一个点（降交点）即为秋分点（?）。黄道上与春分点相距90度，并位于天赤道以北的点称为夏至点（?），而在天赤道以南的另一点则为冬至点（?）。

最初（！！）是银道坐标系。

银道坐标系寻常用于银河系和星系的干系研讨，仅仅作为了解。银河系的主要局部呈扁平的圆盘布局，它的均匀平面称为银河系对称面。颠末太阳系质心平行于银河系对称面的平面称为银道面，它与天球相交的大圆称为银道。

银道坐标系：第一极是北银极（G），基本圈是银道（xy平面），零点是银河系中央（银心）朝向。纬角是银纬，经角是银经。右旋坐标系。

特地提一句，我们另有质貌月球活动轨迹的白道坐标系。

底下小结一下。

底下这个图可以展现之前先容的看法和它们的地点干系。玄色的是地平坐标系，蓝色的是赤道坐标系，橙色的是黄道坐标系。

这些坐标系可以互相转换，但是触及到多量球面三角知识，这里就不讲了。下次我们会讲一讲不同的天体在天球上的活动纪律。底下可以发问，大概我们围绕上图掀开一些讨论。