试听180秒XXIV：走近天球坐标系

引言：借助经度和纬度，可以非常方便地确定我们的地理坐标。那么，无时无刻不在运动着的日月星辰，我们又该如何确定它们的坐标呢？

知识点 I ：天球

天球：以地心为球心，以任意长或无限远为半径所做的假想的球面，称为天球。天球就好像一块球面幕布，所有的天体都被认为是天球上的“投影”。球面坐标的度量单位都是角度，不存在米、公里这种长度单位，也不存在从球心到天体的距离。

大圆：球面上以球心为圆心，以球的半径为半径的圆，也就是球上最大的圆。

天顶和天底：做一条过球心的铅垂线，与天球交于两点，上方叫天顶Z，下方叫天底Z’。

北天极和南天极：地球自转轴向两端无限延伸，与天球的交点，北极延伸出去的交点叫北天极P,南极延伸出去的交点叫南天极P’。

地平圈：地平线投影在天球上的大圆。

四方点：北天极在地平圈上的投影点是北点N。北点顺时针方向旋转90°、180°、270°分别是东点E、南点S、西点W。

子午圈：过北点、南点和天顶的大圆。地球上每个点都有自己的子午圈。

知识点II：地平坐标系

地平坐标系的第一坐标叫方位角，记作A，从南点开始，也就是从子午圈开始往东为0到-180°，向西为0到180°，或者是向西转一圈为0到360°（地质学、航海、航空等领域中都是以北为起点，顺时针一圈0到360°)。第二坐标叫地平高度角，记作h，是天体距离地平圈的仰角。

地平坐标系比较直观的，平时目视观星时经常使用。但是，随着地球的自转，日月星辰东升西落，它们的方位角和高度角每时每刻都在发生变化，造成一定的麻烦。于是就有了另一套天球坐标体系，赤道坐标系。既然叫赤道坐标系，那就必须要先定义一下赤道。

知识点II ： 时角坐标系（第一赤道坐标系）

天赤道：地球赤道在天球上的投影

时角坐标系的坐标原点是天赤道与子午圈的交点。时角坐标的第一坐标叫做时角，记作t，从子午圈开始，沿着与天赤道平行的方向往西度量到天体所在的经线，这条经线是连接北天极、南天极和天体的一条大圆。时角用h、m、s来表示。第二坐标叫赤纬，记作δ，从赤道向北（或向南）度量到天体所在纬度。赤纬用°′″来表示，往北记作“+”，往南记作“-”。

时角坐标与时间相关，可以和天体周日视运动联系起来。当时角为0时，就意味着这颗星到了正南方，也是它升得最高的时候，我们有时候俗称就是到头顶位置，专业名词叫上中天。相应的，当时角为12h时就叫下中天。在地球自转的过程中，天体的赤纬坐标保持不变，时角坐标持续变化，时间增加多少，时角的值就增加多少。

知识点III ： 赤道坐标系（第二赤道坐标系）

赤道坐标系的坐标原点是黄道与天赤道的升交点，即春分点。

黄道：太阳周年视运动的轨迹称，或地球公转轨道面与天球相交而成的大圆。

春分点：黄道与天赤道存在着23°26′的交角，太阳每年两次穿越天赤道，其中太阳从南向北穿越天赤道的点（升交点）叫做春分点，用白羊宫的符号表示。

第一坐标叫赤经，从春分点出发沿着与天赤道平行的纬线向东度量，使用的单位是h、m、s。第二坐标叫赤纬，从春分点出发往南北两极度量，与时角坐标中的赤纬是一样的。这样表示的天体坐标是不随地球自转变化的，而且春分点位置在短时间内是不会变化的，所以由此确定的坐标也是固定不变的，可用于星图。

总结：

地平坐标系的X轴是地平圈，Y轴是子午圈，坐标原点是南点；时角坐标系的X轴是天赤道，Y轴是子午圈；赤道坐标系的坐标原点是春分点，X轴是天赤道，Y轴是春分点所在的赤经线。

地平坐标系一般用于地平式望远镜，还有相机三脚架等，比较直观，通过简单目测就能知晓，但是不同地点不同时间，同一天体的地平坐标是不一样的，即便在一个地方，随着时间推移，地平坐标的两个值时刻都在发生变化。

时角坐标系可用于望远镜，尤其是入门级的小望远镜，不同地点不同时间，同一天体的时角坐标也是不一样的，在一个地方，随着时间推移，天体东升西落，时角坐标中的时角时刻发生变化，时间过了多久，时角就增加多少，时角坐标中的赤纬则不变。

赤道坐标系用于星图、星表，不随时间、地点变化，是天文学家最常用的坐标系。