下面我們就介紹基本的天球坐標(biāo)系：地平坐標(biāo)系、時(shí)角坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系、銀道坐標(biāo)系，其中最常用的是地平和赤道坐標(biāo)系。大家先看一個(gè)圖，我們首先介紹一下天球的概念。天球是天文學(xué)的一個(gè)輔助工具，用以研究天體的位置和運(yùn)動(dòng)的一個(gè)假想球。天球是以觀測(cè)者為中心，任意距離為半徑的球。
注意，我們不規(guī)定天球的半徑，通常當(dāng)做數(shù)學(xué)上的無窮大，必要時(shí)可以取單位距離。天球的中心可以根據(jù)需要來選擇，比如說以觀測(cè)者為中心（站心）、地心或日心。
天球的概念方便我們進(jìn)行觀星活動(dòng)，此時(shí)我們不關(guān)心天體到我們的距離，而只關(guān)心它們?cè)谔烨蛏系奈恢?，也就是天體在天球上的投影，即觀測(cè)者（或天球的中心）與天體的連線與天球的交點(diǎn)。這樣我們就可以根據(jù)坐標(biāo)，快速找到我們想要觀測(cè)的天體了。天體在天球上的距離是用角度來描述的。
下面我們介紹一下天文上常用的坐標(biāo)系，在此之前我們需要簡(jiǎn)單了解一下球面坐標(biāo)系的知識(shí)。其實(shí)這個(gè)我們已經(jīng)很熟悉了，只要聯(lián)系我們的地理經(jīng)緯坐標(biāo)系就可以理解。這個(gè)圖就顯示了一個(gè)基本的球面坐標(biāo)系。
極點(diǎn)：也就是圖中的第一極和第二極，對(duì)應(yīng)的也就是地球上的南極和北極。基本圈：與兩個(gè)極連線垂直的大圓，對(duì)應(yīng)的是地球上的赤道。零經(jīng)圈：可以想象一下本初子午線，英國(guó)格林尼治天文臺(tái)所在的經(jīng)線，我們規(guī)定這條經(jīng)線與赤道的交點(diǎn)為零點(diǎn)。零點(diǎn)也叫基本點(diǎn)。這樣我們就可以用經(jīng)度和緯度兩個(gè)坐標(biāo)來描述地球上的任意一個(gè)位置了。
地理坐標(biāo)系：第一極是地球的北極，第二極是地球的南極，基本圈是地球的赤道圈，零經(jīng)圈是格林尼治子午圈（本初子午圈）。坐標(biāo)：地理經(jīng)度（-180到 180，東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)）和地理緯度（-90到 90，北緯為正，南緯為負(fù)）。右旋坐標(biāo)系。
下面我們就把地球坐標(biāo)系想象成天球坐標(biāo)系，道理是一樣的，只不過一個(gè)向下看，一個(gè)向上看，后面再遇到第一極、第二極、基本圈、零點(diǎn)、零經(jīng)圈這些概念，就想一下地球坐標(biāo)系上對(duì)應(yīng)的規(guī)定來理解。但是注意天球的東西方向和地理上是相反的。
在了解常用的天球坐標(biāo)系的過程中，我們需要關(guān)注的幾點(diǎn)有：第一極（基本方向）、基本圈、零點(diǎn)（基本點(diǎn)）、區(qū)分是左旋坐標(biāo)系還是右旋坐標(biāo)系。正是這幾點(diǎn)確立了不同的天球坐標(biāo)系統(tǒng)，從而可以規(guī)定不同天體的位置。
這個(gè)圖顯示了三個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)位置。圖中沒有地平坐標(biāo)系，因?yàn)檫@個(gè)坐標(biāo)系取決于觀測(cè)者的地理位置。圖中藍(lán)色的是赤道坐標(biāo)系，紅色的是黃道坐標(biāo)系，黃色的是銀道坐標(biāo)系。
首先是地平坐標(biāo)系。
這是我們最常用的坐標(biāo)系之一，但是地平坐標(biāo)系是與觀測(cè)者所在地的地理位置相關(guān)的，而且會(huì)隨著時(shí)間而產(chǎn)生非線性的變化。當(dāng)我們?cè)谕坏貐^(qū)進(jìn)行觀星的時(shí)候，使用地平坐標(biāo)系是十分方便的，而且觀測(cè)時(shí)需要考慮天體的高度問題，如果太低，大氣影響過于嚴(yán)重，如果過高，不利于儀器姿態(tài)的調(diào)整。
地平坐標(biāo)系：第一極為觀測(cè)者的天頂（z），第二極為天底，基本圈為真地平，零經(jīng)圈為過天頂、天底和北天極（P）的半個(gè)大圓。這里的北天極也就是我們的北極星了，當(dāng)然我們?cè)诒卑肭蚴且姴坏侥咸鞓O的，我們?cè)谶@里就想象北半球即可（天極的概念我們后面再談）。緯角稱為高度，余緯角稱為天頂距，經(jīng)角稱為方位角，方位角從北點(diǎn)向東計(jì)量，有時(shí)從南點(diǎn)向西計(jì)量。左旋坐標(biāo)系。
天頂距的概念很重要，這一點(diǎn)前面有提到，高度加天頂距等于90度，兩者可以表達(dá)同樣的意思，但是天文上更習(xí)慣使用天頂距。
天頂和天底很好理解，觀測(cè)者的頭頂就是天頂，對(duì)應(yīng)的另一端就是天底。真地平也就是過球心與天頂和天底連線垂直的平面（xy平面），真地平圈是真地平和天球相交的大圓。地平坐標(biāo)系的零經(jīng)圈也叫天子午圈（xz平面），是一個(gè)大圓。天子午圈與真地平有兩個(gè)交點(diǎn)，靠近北天極的叫北點(diǎn)（N），靠近南天極的叫南點(diǎn)（S），天赤道與真地平有兩個(gè)交點(diǎn)，東點(diǎn)（E）和西點(diǎn)（W），這四個(gè)點(diǎn)統(tǒng)稱四方點(diǎn)（天赤道后面說）。
天子午圈和天卯酉圈：天子午圈過天頂天底南點(diǎn)北點(diǎn)（xz平面），天卯酉圈過天頂天底東點(diǎn)西點(diǎn)（yz平面）。這兩個(gè)圈和真地平（xy平面）兩兩互相垂直。
下面是時(shí)角坐標(biāo)系，又叫第一赤道坐標(biāo)系。
赤緯不隨時(shí)間、地點(diǎn)的變化而變。時(shí)角隨時(shí)間增加且具有地方性。
時(shí)角坐標(biāo)系：第一極北天極（P），第二極南天極，基本圈天赤道（xy平面），零經(jīng)圈為觀測(cè)者的子午圈（xz平面），零點(diǎn)為近南點(diǎn)。緯角是赤緯（-90到 90），赤緯的余角稱為北極距。經(jīng)角是時(shí)角，順時(shí)針0h~24h計(jì)量。左旋坐標(biāo)系。
天極是地球自轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線與天球的交點(diǎn)。北極對(duì)應(yīng)北天極，南極對(duì)應(yīng)南天極。天極的高度 = 觀測(cè)者地理緯度。天赤道面是通過天球中心與兩天極連線垂直的平面，天赤道則是天赤道面與天球相交的大圓，實(shí)際上是地球赤道面的延伸。近南點(diǎn)靠近南點(diǎn)，但是在天赤道上。
下面是赤道坐標(biāo)系，又叫第二赤道坐標(biāo)系。
赤道坐標(biāo)系是最重要的天球坐標(biāo)系，因?yàn)橐肓艘粋€(gè)和天球一起作周日旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)作為零點(diǎn)，所以天體的位置和地球的自轉(zhuǎn)無關(guān)，即不隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化而改變。所以在天文觀測(cè)中，我們通常使用赤道坐標(biāo)系來標(biāo)定天體的位置。
赤道坐標(biāo)系：第一極是北天極，第二極是南天極，基本圈是天赤道，零點(diǎn)是春分點(diǎn)（后面講）。緯角是赤緯（-90到 90），經(jīng)角是赤經(jīng)（0~360度），從春分點(diǎn)起量，逆時(shí)針方向?yàn)槌嘟?jīng)增加的方向。右旋坐標(biāo)系。
可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)赤道坐標(biāo)系只有零點(diǎn)是不一樣的，并且旋轉(zhuǎn)方向不同。時(shí)角24h對(duì)應(yīng)360度，所以1h是15度。
下面是黃道坐標(biāo)系。
采用黃道坐標(biāo)系便于研究太陽系內(nèi)各種天體的運(yùn)動(dòng)情況。黃道坐標(biāo)不隨觀測(cè)時(shí)間和觀測(cè)地點(diǎn)而變。黃道坐標(biāo)系和赤道坐標(biāo)系之間可以通過黃赤交角相聯(lián)系。這個(gè)黃赤交角也是和地球四季相聯(lián)系的。
黃道坐標(biāo)系：第一極是北黃極（K），第二極是南黃極，基本圈是黃道（xy平面），零點(diǎn)是春分點(diǎn)（也就是圖中x軸上的?）。緯角是黃緯，經(jīng)角是黃經(jīng)。右旋坐標(biāo)系。
黃道面是通過天球中心并與地球公轉(zhuǎn)軌道平面相平行的平面，黃道面與天球相交的大圓為黃道。通過天球中心作黃道面的垂線，與天球交于北黃極和南黃極。二分二至點(diǎn)：黃道與天赤道交于兩點(diǎn)，分別稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。從北半球上看，當(dāng)黃道按逆時(shí)針方向從天赤道之南 穿到天赤道之北的交點(diǎn)（升交點(diǎn)）即為春分點(diǎn)（?），另一個(gè)點(diǎn)（降交點(diǎn)）即為秋分點(diǎn)（?）。黃道上與春分點(diǎn)相距90度，并位于天赤道以北的點(diǎn)稱為夏至點(diǎn)（?），而在天赤道以南的另一點(diǎn)則為冬至點(diǎn)（?）。
最后（?。。┦倾y道坐標(biāo)系。
銀道坐標(biāo)系一般用于銀河系和星系的相關(guān)研究，僅僅作為了解。銀河系的主要部分呈扁平的圓盤結(jié)構(gòu)，它的平均平面稱為銀河系對(duì)稱面。經(jīng)過太陽系質(zhì)心平行于銀河系對(duì)稱面的平面稱為銀道面，它與天球相交的大圓稱為銀道。
銀道坐標(biāo)系：第一極是北銀極（G），基本圈是銀道（xy平面），零點(diǎn)是銀河系中心（銀心）方向。緯角是銀緯，經(jīng)角是銀經(jīng)。右旋坐標(biāo)系。
順便提一句，我們還有描述月球運(yùn)動(dòng)軌跡的白道坐標(biāo)系。
下面小結(jié)一下。
下面這個(gè)圖可以展示之前介紹的概念和它們的位置關(guān)系。黑色的是地平坐標(biāo)系，藍(lán)色的是赤道坐標(biāo)系，橙色的是黃道坐標(biāo)系。
這些坐標(biāo)系可以相互轉(zhuǎn)換，但是涉及到大量球面三角知識(shí)，這里就不講了。下次我們會(huì)講一講不同的天體在天球上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。下面可以提問，或者我們圍繞上圖展開一些討論。
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問：銀道坐標(biāo)系里面，坐標(biāo)原點(diǎn)是地球還是太陽？
答：這個(gè)其實(shí)無所謂了吧，銀道坐標(biāo)系僅作為了解。
問：不該是銀心么？
答：這和一個(gè)很久以前的星表相關(guān)的，它說的是中心，就是站心、地心還是日心，我感覺星系尺度應(yīng)該是日心吧。我聽了課，老師說這個(gè)銀道坐標(biāo)系現(xiàn)在可能會(huì)修改，有人認(rèn)為有一些問題，所以僅作為了解。
問：春分秋分是和0點(diǎn)隔90°的兩點(diǎn)吧？
答：春分是赤道和黃道的零點(diǎn)，春分秋分隔180。
問：復(fù)雜，角度怎么變成農(nóng)歷了？
答：噢，你農(nóng)歷就是過那個(gè)點(diǎn)，下次給你來來春分點(diǎn)進(jìn)動(dòng)←_←你們有沒有注意到春分點(diǎn)的符號(hào)是V，也就是白羊座的標(biāo)志，現(xiàn)在春分點(diǎn)已經(jīng)不在白羊座了，在雙魚座了。
問：緩慢進(jìn)動(dòng)，這個(gè)叫歲差吧？
答：是的。
問：搞清黃道坐標(biāo)，基本幾百年夠用了，反正飛不出去……
答：黃道坐標(biāo)是研究太陽系天體的，我們基本上是用赤道坐標(biāo)，然后實(shí)地觀測(cè)就用地平坐標(biāo)。
問：南天星座和北天星座咋分的？
答：按天赤道分？其實(shí)你能看見的范圍取決于你的緯度。
全文完
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