天球坐标系tianqiu zuobiaoxi

为了研究天体的位置和运动，需要借助天球坐标系。这与为了研究地球表面物体的位置和运动使用地理坐标系一样。地球上任意一点的位置可以用两个地理坐标确定(图1):地理经度λ和地理纬度。经过地球南北两极作大圆弧，这些圆弧叫做子午线，取过英国格林威治天文台旧址的子午线叫本初子午线，作为经度起算子午线。一个地方的经度是当地子午线所在平面和本初子午线所在平面之间的夹角。纬度是当地铅垂线和地球赤道平面之间的夹角。从球面坐标系的角度看，地理坐标是由基本圈和原点计量的，基本圈是赤道，它的极是北极和南极；原点是本初子午线和赤道的交点（垂足），类似于平面直角坐标系中的x和y坐标，沿赤道度量出经度坐标，沿子午线度量出纬度坐标。不同的是，经度向东度量为东经，向西度量为西经；纬度向北度量为北纬，向南度量为南纬。

图1 地面点的地理坐标

天球坐标系与地理坐标系定义类似，只是根据不同的需要设置不同的基本圈和原点，从而得到四种不同的坐标系。观测者所在地铅垂线的延长线与天球相交的二点，上面为天顶，下面为天底；和铅垂线垂直的平面与天球相交的大圈为地平圈。设地平圈为基本圈，天顶、天底为极，南点（地平正南方）为原点，（有时也以北点作为原点）。过天顶和被观测天体作一大圆，垂直于地平圈，则从南点沿地平圈顺时针度量到垂足的角度叫地平经度（或方位角）A，从垂足沿大圆（或叫地平经圈）度量到被观测天体的角度叫地平高度h，向北为正，向南为负。这个坐标系叫地平坐标系(图2)。过天球中心作与地球赤道平行的平面交天球于一大圆，这个大圆是天赤道，天赤道的两极是天北极和天南极。过天顶、天北极北点、南点的大圆为天子午圈，天子午圈与天赤道交于一点Q′。设天赤道为基本圈，天北极、天南极为极，Q′点为原点。过天北极，将被观测天体看作一大圆（叫赤经圈），垂直于天赤道，则从Q′点沿天赤道顺时针度量到垂足的角度叫时角t，从垂足沿赤经圈度量到被观测天体的角度叫赤纬δ，向北为正，向南为负。这个坐标系叫时角坐标系（或第一赤道坐标系）(图3)。过天球中心作平面与地球公转轨道面平行，与天球相交的大圆叫黄道，黄道与天赤道相交于春分点和秋分点，春分点是黄道由赤道以南穿到赤道以北时的交点。设天赤道为基本圈，春分点(记作γ)为原点。从春分点沿天赤道逆时针度量到过被观测天体的赤经圈垂足的角度叫赤经α，从垂足沿赤经圈度量到被观测天体的角度叫赤纬δ，这个坐标与时角坐标系的赤纬相同。这个坐标系叫赤道坐标系（或第二赤道坐标系）(图4)。设黄道为基本圈，它的极是北黄极和南黄极，春分点γ为原点。过北黄极和被观测天体作一大圆，又叫黄经圈，垂直于黄道，则从春分点沿黄道逆时针度量到垂足的角度叫黄经λ; 从垂足沿黄经圈度量到被观测天体的角度叫黄纬β，向北为正，向南为负。这个坐标系叫黄道坐标系(图5)。当天体作周日视运动时，四种坐标系中，地平坐标系的两个坐标以及时角坐标系中的时角坐标都是随时间和地点变化的量，而时角坐标系中的赤纬以及赤道坐标系、黄道坐标系中的坐标均不随时间和地点变化。已知某天体的两个坐标时，可以由公式换算成另外坐标系中的坐标值。

图2 天体的地平坐标

图3 天体的时角坐标

图4 天体的赤道坐标

图5 天体的黄道坐标

天球坐标系

在天球上建立的球面坐标系。用以决定天体在天球上的位置。由以下几点所规定：1.基本圈——在天球上选取的太圆BMB′;2.极——基本圈的一个几何极点A;3.原点——在基本圈上选取的点B;4.副圈——过基本圈的几何极点的任一半大圆AMA′;5.天体坐标的量度方向。天球上一点X的位置由两个坐标值决定：1.第一坐标值——该点X所在的副圈和基圈的交点M到点X的弧段MX，或极点到该点的弧段AX;2.第二坐标值——原点沿基本圈量到M点的弧段BM。常用的天球坐标系有地平坐标系、时角坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系、银道坐标系。

天球坐标系

确定天球上任意点的位置的球面坐标系。在航海天文中，根据所采用的基准圆的不同，分为黄道坐标系、赤道坐标系和地平坐标系。