天文學基礎知識——天球與天球坐標系

1、天文學基礎n天文天文協(xié)會學術協(xié)會學術部部 沙永強沙永強 天體由于引力和運動使它們保持相對的平衡。當我們抬頭仰望星空時，從視覺上很難分辨出天體距離的遠近，視乎是等距的，它們同觀測者的關系，猶如地球面上的點同球心的關系，這樣太陽，月亮和恒星看起來似乎都分布在一個很大的球面上，無論我們走在什么地方，都有這種感覺。這個以觀測者為中心，以任意長為半徑的假想的球，稱為天球。 實際上，我們知道并不存在這樣的球。但天文學中仍保留了天球的概念，用來表示天體目視運動的輔助工具。在天球上作一些假想的點和線，利用它們來確定星球的視位置。視位置定義為：把不同遠近的星星與觀測者的眼睛連成的直線延長，它們和天球相交的點，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：觀測者 觀測者天球地 心 地心天球（主要用于表示太陽系外天體的是運動和視位置）日 心 日心天球 （主要用于表示太陽系內(nèi)天體的是運動和視位置）2. 天球的半徑是任意的它包容一切，不論天體如何遙遠，天球上總有它的位置3. 在同一視線上的不同遠近的星球，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，和天球交于一點這是因為天球半徑無限大，所以觀測者的任何位移都比圓球半徑小得多。幾個天球相關的性質大圓小圓 天天 球球以任意點為球心，任意長為半徑，為以任意點為球心，任意長為半徑，為研究天體的位置和運動而引進的一個研究天體的位置

3、和運動而引進的一個與人們直觀感覺相符的假想圓球。與人們直觀感覺相符的假想圓球。特點：特點：1 1、與直觀感覺相符的科學抽象、與直觀感覺相符的科學抽象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、地面上兩平行方向指向天球同一點5 5、任意點為球心、任意點為球心6 6、觀測者、觀測者“由內(nèi)向外由內(nèi)向外”看看 當?shù)氐牡乩砭暥鹊扔诒睒O星的高度地平坐標系地平坐標系時角坐標系時角坐標系赤道坐標系赤道坐標系黃道坐標系黃道坐標系銀道坐標系銀道坐標系基

4、本點基本點天頂、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原點北點北點子午圈與天赤道子午圈與天赤道南邊的交點南邊的交點春分點春分點春分點春分點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：由天赤道沿過天體的赤道沿過天體的赤經(jīng)圈向兩極方向經(jīng)圈向兩極方向度量度量 （0 -90）同同“時角坐標系時角坐標系” 黃緯黃緯：由黃：由黃道沿過天體的道沿過天體的黃經(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)時角時角 t：由原點：由原點沿天赤道順時針沿天赤道順時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：由春分點沿天赤道逆時點沿天赤道逆時針方向量至天體針方向量至天體所在赤經(jīng)圈（所在赤經(jīng)圈（0h 24h)黃經(jīng)黃經(jīng)：由春：由春分點沿黃道逆分點沿黃道逆時針度量時針度量（0 360)銀經(jīng)銀經(jīng)b b：由銀：由銀河系中心逆時河系中心逆時針度量（針度量（0 360) )應用應用天文航海、天天文航海、天文航空、人造文航空、人造地球衛(wèi)星觀測地球衛(wèi)星觀測及大地測量等及大地測量等觀測恒星

6、、星云、星觀測恒星、星云、星團團等遙遠天體等遙遠天體常常采用赤道坐標系，被廣泛應用常常采用赤道坐標系，被廣泛應用于天體測量于天體測量和天體物理學中和天體物理學中觀測太陽以及觀測太陽以及太陽系內(nèi)運行太陽系內(nèi)運行在黃道面附近在黃道面附近的天體的天體對銀河系的觀對銀河系的觀測，則要采用測，則要采用銀道坐標系銀道坐標系 天球坐標系的變換天球坐標系的變換 由球面三角的基本知識，我們可以證明天文坐標系之間的換算 一、地平坐標與時角坐標的換算地平坐標與時角坐標的換算： 設天體的地平坐標為（A、z）,時角坐標為(t,),觀測地點的地理緯度為。對以北天極P、天體X和天頂Z為頂點的球面三角形，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動 在中緯