天文学基础知识——天球与天球坐标系

1、天文学基础n天文天文协会学术协会学术部部 沙永强沙永强 天体由于引力和运动使它们保持相对的平衡。当我们抬头仰望星空时，从视觉上很难分辨出天体距离的远近，视乎是等距的，它们同观测者的关系，犹如地球面上的点同球心的关系，这样太阳，月亮和恒星看起来似乎都分布在一个很大的球面上，无论我们走在什么地方，都有这种感觉。这个以观测者为中心，以任意长为半径的假想的球，称为天球。 实际上，我们知道并不存在这样的球。但天文学中仍保留了天球的概念，用来表示天体目视运动的辅助工具。在天球上作一些假想的点和线，利用它们来确定星球的视位置。视位置定义为：把不同远近的星星与观测者的眼睛连成的直线延长，它们和天球相交的点，即

2、星星在天球上的投影。1. 天球是存在中心的选择不同的天球中心：观测者 观测者天球地 心 地心天球（主要用于表示太阳系外天体的是运动和视位置）日 心 日心天球 （主要用于表示太阳系内天体的是运动和视位置）2. 天球的半径是任意的它包容一切，不论天体如何遥远，天球上总有它的位置3. 在同一视线上的不同远近的星球，在天球上的视位置是重合的4. 所有互相平行的直线向同一方向延长，和天球交于一点这是因为天球半径无限大，所以观测者的任何位移都比圆球半径小得多。几个天球相关的性质大圆小圆 天天 球球以任意点为球心，任意长为半径，为以任意点为球心，任意长为半径，为研究天体的位置和运动而引进的一个研究天体的位置

3、和运动而引进的一个与人们直观感觉相符的假想圆球。与人们直观感觉相符的假想圆球。特点：特点：1 1、与直观感觉相符的科学抽象、与直观感觉相符的科学抽象2 2、天体在天球上的位置只反映天体视方向的投影、天体在天球上的位置只反映天体视方向的投影3 3、天球上任意两天体的距离用其角距表示、天球上任意两天体的距离用其角距表示4 4、地面上两平行方向指向天球同一点、地面上两平行方向指向天球同一点5 5、任意点为球心、任意点为球心6 6、观测者、观测者“由内向外由内向外”看看 当地的地理纬度等于北极星的高度地平坐标系地平坐标系时角坐标系时角坐标系赤道坐标系赤道坐标系黄道坐标系黄道坐标系银道坐标系银道坐标系基

4、本点基本点天顶、天底天顶、天底天极天极天极天极黄极黄极银极银极基本圈基本圈真地平真地平天赤道天赤道天赤道天赤道黄道黄道银道面银道面原点原点北点北点子午圈与天赤道子午圈与天赤道南边的交点南边的交点春分点春分点春分点春分点银河系中心方银河系中心方向向纬圈纬圈地平高度地平高度h，自真地平向天自真地平向天顶度量为正顶度量为正（0 90）赤纬赤纬 ：由天赤：由天赤道沿过天体的赤道沿过天体的赤经圈向两极方向经圈向两极方向度量度量 （0 -90）同同“时角坐标系时角坐标系” 黄纬黄纬：由黄：由黄道沿过天体的道沿过天体的黄经圈向两边黄经圈向两边度量度量 （0 90）银纬银纬l l：由银：由银道向北（南）道向北

5、（南）度量（度量（0 - - 90）经圈经圈方位角方位角A，自，自北向东度量北向东度量（0 360)时角时角 t：由原点：由原点沿天赤道顺时针沿天赤道顺时针量至天体所在赤量至天体所在赤 经圈经圈 （0h 24h）赤经赤经 ：由春分：由春分点沿天赤道逆时点沿天赤道逆时针方向量至天体针方向量至天体所在赤经圈（所在赤经圈（0h 24h)黄经黄经：由春：由春分点沿黄道逆分点沿黄道逆时针度量时针度量（0 360)银经银经b b：由银：由银河系中心逆时河系中心逆时针度量（针度量（0 360) )应用应用天文航海、天天文航海、天文航空、人造文航空、人造地球卫星观测地球卫星观测及大地测量等及大地测量等观测恒星

6、、星云、星观测恒星、星云、星团团等遥远天体等遥远天体常常采用赤道坐标系，被广泛应用常常采用赤道坐标系，被广泛应用于天体测量于天体测量和天体物理学中和天体物理学中观测太阳以及观测太阳以及太阳系内运行太阳系内运行在黄道面附近在黄道面附近的天体的天体对银河系的观对银河系的观测，则要采用测，则要采用银道坐标系银道坐标系 天球坐标系的变换天球坐标系的变换 由球面三角的基本知识，我们可以证明天文坐标系之间的换算 一、地平坐标与时角坐标的换算地平坐标与时角坐标的换算： 设天体的地平坐标为（A、z）,时角坐标为(t,),观测地点的地理纬度为。对以北天极P、天体X和天顶Z为顶点的球面三角形，如图所示，由球面三角基本公式，可得出如下换算式。 在地球赤道地区看到所有天体都垂直于平面做圆运动 在中纬