天文學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)——天球與天球坐標(biāo)系

1、天文學(xué)基礎(chǔ)n天文天文協(xié)會(huì)學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)學(xué)術(shù)部部 沙永強(qiáng)沙永強(qiáng) 天體由于引力和運(yùn)動(dòng)使它們保持相對(duì)的平衡。當(dāng)我們抬頭仰望星空時(shí)，從視覺(jué)上很難分辨出天體距離的遠(yuǎn)近，視乎是等距的，它們同觀測(cè)者的關(guān)系，猶如地球面上的點(diǎn)同球心的關(guān)系，這樣太陽(yáng)，月亮和恒星看起來(lái)似乎都分布在一個(gè)很大的球面上，無(wú)論我們走在什么地方，都有這種感覺(jué)。這個(gè)以觀測(cè)者為中心，以任意長(zhǎng)為半徑的假想的球，稱(chēng)為天球。 實(shí)際上，我們知道并不存在這樣的球。但天文學(xué)中仍保留了天球的概念，用來(lái)表示天體目視運(yùn)動(dòng)的輔助工具。在天球上作一些假想的點(diǎn)和線，利用它們來(lái)確定星球的視位置。視位置定義為：把不同遠(yuǎn)近的星星與觀測(cè)者的眼睛連成的直線延長(zhǎng)，它們和天球相交的點(diǎn)，即

2、星星在天球上的投影。1. 天球是存在中心的選擇不同的天球中心：觀測(cè)者 觀測(cè)者天球地 心 地心天球（主要用于表示太陽(yáng)系外天體的是運(yùn)動(dòng)和視位置）日 心 日心天球 （主要用于表示太陽(yáng)系內(nèi)天體的是運(yùn)動(dòng)和視位置）2. 天球的半徑是任意的它包容一切，不論天體如何遙遠(yuǎn)，天球上總有它的位置3. 在同一視線上的不同遠(yuǎn)近的星球，在天球上的視位置是重合的4. 所有互相平行的直線向同一方向延長(zhǎng)，和天球交于一點(diǎn)這是因?yàn)樘烨虬霃綗o(wú)限大，所以觀測(cè)者的任何位移都比圓球半徑小得多。幾個(gè)天球相關(guān)的性質(zhì)大圓小圓 天天 球球以任意點(diǎn)為球心，任意長(zhǎng)為半徑，為以任意點(diǎn)為球心，任意長(zhǎng)為半徑，為研究天體的位置和運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)研究天體的位置

3、和運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)與人們直觀感覺(jué)相符的假想圓球。與人們直觀感覺(jué)相符的假想圓球。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1、與直觀感覺(jué)相符的科學(xué)抽象、與直觀感覺(jué)相符的科學(xué)抽象2 2、天體在天球上的位置只反映天體視方向的投影、天體在天球上的位置只反映天體視方向的投影3 3、天球上任意兩天體的距離用其角距表示、天球上任意兩天體的距離用其角距表示4 4、地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)、地面上兩平行方向指向天球同一點(diǎn)5 5、任意點(diǎn)為球心、任意點(diǎn)為球心6 6、觀測(cè)者、觀測(cè)者“由內(nèi)向外由內(nèi)向外”看看 當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度地平坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系時(shí)角坐標(biāo)系時(shí)角坐標(biāo)系赤道坐標(biāo)系赤道坐標(biāo)系黃道坐標(biāo)系黃道坐標(biāo)系銀道坐標(biāo)系銀道坐標(biāo)系基

4、本點(diǎn)基本點(diǎn)天頂、天底天頂、天底天極天極天極天極黃極黃極銀極銀極基本圈基本圈真地平真地平天赤道天赤道天赤道天赤道黃道黃道銀道面銀道面原點(diǎn)原點(diǎn)北點(diǎn)北點(diǎn)子午圈與天赤道子午圈與天赤道南邊的交點(diǎn)南邊的交點(diǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)銀河系中心方銀河系中心方向向緯圈緯圈地平高度地平高度h，自真地平向天自真地平向天頂度量為正頂度量為正（0 90）赤緯赤緯 ：由天赤：由天赤道沿過(guò)天體的赤道沿過(guò)天體的赤經(jīng)圈向兩極方向經(jīng)圈向兩極方向度量度量 （0 -90）同同“時(shí)角坐標(biāo)系時(shí)角坐標(biāo)系” 黃緯黃緯：由黃：由黃道沿過(guò)天體的道沿過(guò)天體的黃經(jīng)圈向兩邊黃經(jīng)圈向兩邊度量度量 （0 90）銀緯銀緯l l：由銀：由銀道向北（南）道向北

5、（南）度量（度量（0 - - 90）經(jīng)圈經(jīng)圈方位角方位角A，自，自北向東度量北向東度量（0 360)時(shí)角時(shí)角 t：由原點(diǎn)：由原點(diǎn)沿天赤道順時(shí)針沿天赤道順時(shí)針量至天體所在赤量至天體所在赤 經(jīng)圈經(jīng)圈 （0h 24h）赤經(jīng)赤經(jīng) ：由春分：由春分點(diǎn)沿天赤道逆時(shí)點(diǎn)沿天赤道逆時(shí)針?lè)较蛄恐撂祗w針?lè)较蛄恐撂祗w所在赤經(jīng)圈（所在赤經(jīng)圈（0h 24h)黃經(jīng)黃經(jīng)：由春：由春分點(diǎn)沿黃道逆分點(diǎn)沿黃道逆時(shí)針度量時(shí)針度量（0 360)銀經(jīng)銀經(jīng)b b：由銀：由銀河系中心逆時(shí)河系中心逆時(shí)針度量（針度量（0 360) )應(yīng)用應(yīng)用天文航海、天天文航海、天文航空、人造文航空、人造地球衛(wèi)星觀測(cè)地球衛(wèi)星觀測(cè)及大地測(cè)量等及大地測(cè)量等觀測(cè)恒星

6、、星云、星觀測(cè)恒星、星云、星團(tuán)團(tuán)等遙遠(yuǎn)天體等遙遠(yuǎn)天體常常采用赤道坐標(biāo)系，被廣泛應(yīng)用常常采用赤道坐標(biāo)系，被廣泛應(yīng)用于天體測(cè)量于天體測(cè)量和天體物理學(xué)中和天體物理學(xué)中觀測(cè)太陽(yáng)以及觀測(cè)太陽(yáng)以及太陽(yáng)系內(nèi)運(yùn)行太陽(yáng)系內(nèi)運(yùn)行在黃道面附近在黃道面附近的天體的天體對(duì)銀河系的觀對(duì)銀河系的觀測(cè)，則要采用測(cè)，則要采用銀道坐標(biāo)系銀道坐標(biāo)系 天球坐標(biāo)系的變換天球坐標(biāo)系的變換 由球面三角的基本知識(shí)，我們可以證明天文坐標(biāo)系之間的換算 一、地平坐標(biāo)與時(shí)角坐標(biāo)的換算地平坐標(biāo)與時(shí)角坐標(biāo)的換算： 設(shè)天體的地平坐標(biāo)為（A、z）,時(shí)角坐標(biāo)為(t,),觀測(cè)地點(diǎn)的地理緯度為。對(duì)以北天極P、天體X和天頂Z為頂點(diǎn)的球面三角形，如圖所示，由球面三角基本公式，可得出如下?lián)Q算式。 在地球赤道地區(qū)看到所有天體都垂直于平面做圓運(yùn)動(dòng) 在中緯