天球和天球坐標(biāo)(0378)

天球和天球坐標(biāo)系船舶在海上航行時(shí)，為了利用太陽(yáng)、行星和恒星等天體測(cè)定船位，必須了解觀測(cè)時(shí)刻的天體位置和觀測(cè)所得到的天體與測(cè)者之間的相互位置關(guān)系問題。天球（CelestialSphere）人們通過一個(gè)假想的天球，把天球與地球、天體與測(cè)者通過球面幾何關(guān)系聯(lián)系起來。在實(shí)用天文學(xué)中，將測(cè)者為中心，任意長(zhǎng)為半徑的空心的假想球面定義為天球。根據(jù)研究不同對(duì)象的需要，可以將球心取在地球中心或太陽(yáng)中心。在《航海學(xué)》中，天球的中心定義在地球中心，因此通常研究的是地心天球。天體在天球上的位置，可以用投影的方法將天體投射在天球面上。天球ZAPNB'bB在天文航海中，通常是將地球作為圓球體進(jìn)行研究的。ob是天體B'在地球上的投影點(diǎn)，稱為天體的地理位置。

(Geographicalposition)B是天體B'在天球上的位置?？罩忻恳粋€(gè)天體都可以求得它在天球上的位置點(diǎn)，以及與其相對(duì)應(yīng)的地球上的地理位置點(diǎn)。天球赤道坐標(biāo)與地球上用緯度和經(jīng)度來確定某點(diǎn)位置相類似，確定天體在天球上位置的球面坐標(biāo)系稱天球坐標(biāo)系。由于天球上采用的原點(diǎn)和基準(zhǔn)大圓不同，可采用多種不同的天球坐標(biāo)系，在天文航海上常用的是赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系。天球上的基本點(diǎn)、線、圈地球地軸北極南極赤道緯度圈經(jīng)度圈格林經(jīng)線測(cè)者經(jīng)線天球天軸天北極天南極天赤道赤緯圈時(shí)圈格林午圈測(cè)者午圈天球與地球點(diǎn)、線、圈對(duì)應(yīng)表PNPSPnPsoQQ'qq'1．天極（Celestialpole）天極是天球赤道坐標(biāo)系的基本點(diǎn)，它是地軸PnPs延伸后與天球所得的交點(diǎn)。由地理北極Pn方向延長(zhǎng)的交點(diǎn)PN稱為北天極；由地理南極Ps方向延長(zhǎng)的交點(diǎn)PS稱為南天極；２．天軸（Celestialaxis）天軸是兩天極的連線PNPS，它是天球赤道坐標(biāo)系的基本線。３．天赤道（Celestialequator）

PNPSPnPsoQQ'qq'WE天赤道是天球赤道坐標(biāo)系的基本圈，它是地球赤道面與天球相截而成的大圓QEQ’W，它是地球赤道在天球上的投影

。天軸垂直于天赤道面，天赤道上任意點(diǎn)至天極的球面距離都是90

。

天赤道面將天球分為南、北兩個(gè)半球。北天半球南天半球包含北天極PN的半球稱為北天半球；包含南天極PS的半球稱為南天半球；4．測(cè)者天頂（Zenith）和天底（Nadir）

ZAo測(cè)者天頂是測(cè)者鉛垂線AO向上延伸與天球的交點(diǎn)Ｚ。Z'測(cè)者天底是測(cè)者鉛垂線向下延伸與天球的交點(diǎn)Ｚ′。5．天球子午圈（Celestialmeridian）

PNPS天球子午圈是通過天極PN、PS的大圓的統(tǒng)稱，它是地球子午圈在天球上的投影。兩天極之間包括測(cè)者天頂?shù)陌雮€(gè)大圓稱為測(cè)者午圈；兩天極之間包括測(cè)者天底的半個(gè)大圓稱為測(cè)者子圈；Q'Q6．格林天頂、格林午圈、格林子圈ZZ'PNPSQ'QoZGg格林天頂是格林尼治天文臺(tái)處測(cè)者鉛垂線gO向上延伸與天球的交點(diǎn)ＺG。兩天極之間包括格林天頂?shù)陌雮€(gè)大圓稱為格林午圈，PNZGPS半個(gè)大圓。兩天極之間包括格林天底的半個(gè)大圓稱為格林子圈，PNZG'PS半個(gè)大圓。Z'G7．天體時(shí)圈（Hourcircle）ZZ'PNPSQ'Q天體時(shí)圈是天球赤道坐標(biāo)系的輔助圈，它是包含天體的半個(gè)天球子午圈。B它是通過兩天極和天體的半個(gè)大圓，是地球上天體地理位置經(jīng)度線在天球上的投影。8．天體赤緯圈(Paralledofdiclination)

赤緯圈也是天球赤道坐標(biāo)系的輔助圈，它是與天赤道平行的球面小圓的統(tǒng)稱，它又稱周日平行圈。天球子午圈和天體時(shí)圈都與天球赤緯圈相互垂直。第一赤道坐標(biāo)系基本圈——相互垂直的天赤道和格林午圈或測(cè)者午圈（可根據(jù)不同情況來選擇）輔助圈——相互垂直的天體時(shí)圈和赤緯圈位置坐標(biāo)——赤緯和時(shí)角１．赤緯（Declination，Dec）

ZZ'PNPSQ'QB赤緯是第一赤道坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)。天體赤緯是天赤道和天體中心在天體時(shí)圈上所夾的大圓弧距，自天赤道起，沿天體時(shí)圈向北（天極）或向南（天極）度量到天體中心，范圍在0～90

之間，并用

（Dec）表示。天體在北天半球的，其赤緯命名為北（N）；天體在南天半球的，命名為南（S）。如：B天體赤緯=60

N2．格林時(shí)角和地方時(shí)角格林時(shí)角（Greenwichhourangle，GHA）是第一赤道坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)。ZZ'PNPSQ'QBZG格林時(shí)角是從格林午圈沿天赤道向西度量到天體時(shí)圈的大圓弧距，它用tG表示，或用GHA表示。格林時(shí)角也可定義為在天極處從格林午圈向西度量到天體時(shí)圈的球面角。格林時(shí)角的范圍在0～360

之間。

ZZ'PNPSQ'QBZG地方時(shí)角（Localhourangle）是測(cè)者午圈與天體時(shí)圈在天赤道上夾的大圓弧距，并用t(LHA)表示。地方時(shí)角也可定義為測(cè)者午圈和天體時(shí)圈在天極處所形成的球面角。地方時(shí)角的度量方法有兩種：（1）圓周法圓周地方時(shí)角是從測(cè)者午圈沿天赤道向西度量到天體時(shí)圈的大圓弧距，范圍在0～360

之間。圓周時(shí)角又稱為西向時(shí)角。由于度量方向是規(guī)定向西的，因此，它無需命名。如：B天體地方時(shí)角t=120WZZ'PNPSQ'QB（2）半圓法半圓地方時(shí)角是從測(cè)者午圈沿天赤道向東或向西度量到天體時(shí)圈的大圓弧距，范圍在0～180

之間。

當(dāng)半圓地方時(shí)角是向東度量時(shí)，必須在地方時(shí)角后面綴以“E”字母；當(dāng)向西度量時(shí)，因與圓周地方時(shí)角是一致的，故也無需命名。因此，凡是未命名的地方時(shí)角都應(yīng)視為西向時(shí)角。如：B天體地方時(shí)角t=60EZZ'PNPSQ'QBZG根據(jù)地方時(shí)角（t）和格林時(shí)角（tG）的定義和度量方法，不難看出它們之間存在著如下的關(guān)系：或其記憶法則可以簡(jiǎn)單地歸納為“東大西小”：即東經(jīng)的地方時(shí)角t>格林時(shí)角tG西經(jīng)的地方時(shí)角t<格林時(shí)角tG天體在天球上的位置除了用上述的球面坐標(biāo)赤緯和時(shí)角表示外，還可用球面極坐標(biāo)表示。３．極距（Polardistance)ZZ'PNPSQ'QB與測(cè)者緯度同名的天極稱為仰極（Elevatedpole），異名的天極稱為俯極（Depressedpole）。天球極坐標(biāo)系的極是仰極，極軸為格林午圈或測(cè)者午圈。天體的坐標(biāo)是天體的極距和格林時(shí)角或地方時(shí)角。極距是仰極到天體中心的天體時(shí)圈弧距,用p表示。它自仰極起，沿天體時(shí)圈度量到天體中心，范圍在0～180

之間。

極距和赤緯間有關(guān)系式：

第二赤道坐標(biāo)系基本圈——天赤道和春分點(diǎn)時(shí)圈輔助圈——天體時(shí)圈和赤緯圈位置坐標(biāo)——赤緯和共軛赤經(jīng)或赤經(jīng)春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)第二赤道坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系是所取的縱坐標(biāo)軸不同，因此第二赤道坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)也是赤緯。它的橫坐標(biāo)是從春分點(diǎn)時(shí)圈起算的，稱為共軛赤經(jīng)和赤經(jīng)。地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道平面與天球相交的大圓稱黃道。黃道和天赤道相交兩點(diǎn)分別稱春分點(diǎn)Υ(vernalequinox)和秋分點(diǎn)Ω(autumnal

equinox)。PNPSQ'QΥΩ春分點(diǎn)Υ是天球坐標(biāo)系的一個(gè)原點(diǎn)，它位于天赤道上。春分點(diǎn)時(shí)圈(hourcircleofvernalequinox)過兩天極和春分點(diǎn)Υ的半個(gè)大圓PNΥPS稱春分點(diǎn)時(shí)圈。共軛赤經(jīng)（Siderealhourangle，S.H.A.）是從春分點(diǎn)起，沿著天赤道向西度量到天體時(shí)圈的大圓弧距，范圍在0～360

之間，并用

′表示。因?yàn)橹幌蛭鞫攘?，故不需命名。如圖所示，天體B的共軛赤經(jīng)′=ΥM。ZZ'PNPSQ'QBΥM赤經(jīng)（Rightascension）是從春分點(diǎn)起，沿天赤道向東度量到天體時(shí)圈的大圓弧距，范圍在0～360

之間，并用

表示。因?yàn)橹幌驏|度量，也無需命名。天體B的赤經(jīng)=

ΥQ′QM。K同一天體的共軛赤經(jīng)和赤經(jīng)度量的起點(diǎn)和終點(diǎn)是相同的，只是度量方向相反，因此兩者間的關(guān)系是共軛的。即

′＋

＝360

天體的格林時(shí)角和共軛赤經(jīng)都是沿天赤道度量的橫坐標(biāo)，只是它們有各自的起算點(diǎn)。因此，兩者間一定可以找出相互換算的關(guān)系。

式中弧距ΥM是從春分點(diǎn)起，沿天赤道向西度量到天體B的時(shí)圈