《天文基礎知識》

第二章 天體視運動

第二節 天球赤道坐標系和地平坐標系

了解了天球之后，我們要建立天球坐標系才能夠精準地描述天體視運動。無論你之前基礎如何，大家一定都有注意到這個現象：太陽、月亮地東升西落，引起這個現象的主要原因是地球自西向東的自轉，根據相對運動，我們看到太陽、月亮自東向西“繞地球”旋轉，也就是天球在圍繞極軸自東向西每24小時旋轉一圈。說到這里你是不是感覺很熟悉？（是的，沒錯，地心說）這與地心說有些類似但存在本質區別，天球的存在和天球赤道坐標系的建立都是為了研究天體視運動而建立的模型，而地心說則是把天體視運動當作天體實際運動，以地球作為參考系來研究宇宙中其他天體的運動。

一、赤道坐標系

接著說天球赤道坐標系，天球繞天軸24小時轉一圈，其實就是說我們看到的星星自東向西繞地球一周（從我們的視角看）。

接下來有一些事情需要你去做：

在天球上找到春分圈，并以春分圈與天赤道的交點為起點，自西向東劃為24h，確定赤經，以天赤道為基準向北為正向南為負，確定赤緯；這樣就能用赤經和赤緯這組數據對天上星體進行定位。比如織女星，赤經:18h36min56.3s 赤緯:+38°47′1.0〃

到這里天球赤道坐標系就建立完成了，大家可以找時間感受一下星星的東升西落，有設備的話可以拍整晚星空做成延時視頻，感受會更為震撼哦。

二、地平坐標系

當我們出門看星星的時候，會發現一個問題：北極星的確在北邊，但并不在頭頂。北天極也一樣，只有在北極點才能看到北天極在頭頂。這么說來，赤道坐標系和實際觀測還是有差別的。我們引用《基礎天文學》中一張圖片來說明赤道坐標系和實際觀測的差別，還記得天頂的概念嗎？如果不記得了就翻一下前面的內容。

圖2-2-1 天頂、天極、觀測者的相對位置（引用自《基礎天文學》）

在天球中，地軸延伸出去就是天軸，因此赤道和天赤道可以轉化經緯圈和赤經赤緯圈都可以相互轉化（第一節有相關描述）。你所處的位置是O點，EE’就是南北方向的地平線了，那么Z就是天頂。在圖中不難發現P和Z有個夾角，這就是你看到的北天極和天頂的夾角了。P’和E 的夾角，就是你那里北天極的高度角，根據幾何關系可以很簡單的發現北天極的高度角等于當地維度，所以在北極點時，天頂和北天極P重合，北天極位于正頭頂。

那么現在我們可以考慮在地球上每個點的天球的情況（天球一樣，但加上地平線）既然北天極高度等于當地緯度，那我們全可以把頭頂的天空看做是天球被大地截出來的半個天球（半球面）。那么地平線就是一個類似于赤道的球面大圓了，頭頂是天頂，腳下對應的天球上那一點，我們叫它天底，這樣的話，我們也可以仿照著赤道坐標系擬定一套坐標系：地平坐標系。

和赤經赤緯一樣，在地平坐標系中，我們需要選取兩個標尺來劃定星星在天空中的位置，這兩個標尺就是方位角和高度（地平高度），除此之位，還有四個基點，分別是東、南、西、北（沒錯就是你所處位置的東、南、西、北）。

下面一起看一張有意思的動漫圖：

圖2-2-2 星體旋轉動漫圖（來源于網絡）

仔細看這張圖，不難發現靠近北天極的一些星體無論怎么旋轉都在視野范圍內，都在地平線以上，而靠近南邊的一些天體無論何時都在地平線以下，無法進入視野，這里就要說到兩個概念：恒顯圈和恒隱圈。顧名思義，永不落下的星星構成的區域，就是恒顯圈，永不升起的星星構成的區域，就是恒隱圈---我們永遠無法看到。圖2-2-3所示為恒顯圈和恒隱圈的范圍

圖2-2-3 恒顯圈和恒隱圈示意圖

以楊凌為例，楊凌維度為北緯34.28度（記住這個數值，使用赤道儀粗對極軸時用得到），那么從楊凌看北天極的高度角就為34.28度，那么赤緯大于90-34.28=55.72度的天體就在恒顯圈內，對應的赤緯小于-55.72度的天體則位于恒隱圈內。

三、黃道坐標系、銀道坐標系和時角坐標系

黃道坐標系：和赤道坐標系差不多，但是把基本大圓換成了黃道。黃道是太陽在天球上運行的軌道，因此黃道坐標系研究太陽系天體運動時很有用。

圖2-2-4 黃道坐標系

銀道坐標系：在我們視野中銀河是帶狀的，我們劃定了銀道，把它當作基本大圓，來研究銀河系內天體在天球中的分布。

時角坐標系：天子午線自東向西到天體所在赤經圈在天赤道上所夾弧度稱為時角，使用時角和赤緯表示天體位置的坐標系稱為時角坐標系。

圖2-2-5 時角坐標系

來源: 玩戶外的天文佬