什么是天球？
《敕勒歌》有云：天似穹廬，籠蓋四野。
這八個字形象說明了當我們仰望天空的時候，我們會覺得天仿佛就像一個很大的倒扣的鍋。這是因為當雙眼聚焦于非常遠的物體時，會產(chǎn)生一種距離都一樣的錯覺。
在夜晚也一樣。雖然每個肉眼能看到的天體與地球的距離相差十分大，但在我們看來它們似乎都是一樣遠的。你并不會覺得火星看起來比木星、土星或者其它恒星更近。
于是，夜晚的星空在肉眼看來，就像一顆顆星星鑲嵌在了一塊黑色的幕布上，而這塊幕布蓋住了整個大地。換句話說，看起來“天”就是一個實體，而行星、恒星、月亮、太陽，就鑲嵌在“天”上。
在古中國，這種“天似穹廬”的錯覺首先讓“蓋天說”萌芽了。隨后，人們經(jīng)過觀察提出了更大膽的假設(shè)：“天”應(yīng)該就是球形的，恒星就鑲嵌在“天”上，而行星、太陽、月亮可以在“天”上運動。這就是“渾天說”的雛形。
“渾天說”示意圖
在古希臘，“地心說”也是因為這種錯覺而萌芽，并逐漸發(fā)展的。值得一提的是，經(jīng)過托勒密完善的“地心說”堪稱是世界上第一個比較科學(xué)的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說。
雖然現(xiàn)在我們有了更完備的理論，但是這種“天像一個球”的概念由于其直觀性和方便性，得到了保留。這就是“天球”。
那么現(xiàn)代對于“天球”是如何定義的呢？
假想一個半徑無限大的球，我們就身處于球內(nèi)部。由于球的半徑無限大，因此無論你隨著地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)運動到了何處，你到球面任意一點的距離都是無窮大，換句話說，無論時間地點，你都處于球心。所有的天體，都視為在這個半徑無窮大的球上運動。這就是“天球”。
看到這里你就明白了，“天球”是以觀察者的視角而假想出來的一個概念。
赤道坐標系
我們有了天球的概念，為了說明天體在天球上的位置，我們就需要建立完整的坐標系。
那么球面如何建立坐標系呢？這個相信大家都知道一個離我們生活最近的例子——地球的地理坐標系。
在地理坐標系中，經(jīng)度圈和緯度圈相互交錯，形成了一個完整的坐標網(wǎng)絡(luò)。
就像平面直角坐標系以x軸、y軸為基線一樣，球面坐標系也需要基圈。地理坐標系中緯度的基圈是赤道（0°緯度），經(jīng)度的基線為本初子午線（半圓弧，0°經(jīng)度）。那么在天球上建立坐標系是不是也可參考一下地理坐標系的建立呢？
我們把地球的赤道平面平面無限擴展，與天球相割，就會得到一個大圓圈，這個大圓圈就是天球赤道，簡稱天赤道，并把天赤道作為天球上的“緯度”的基圈。我們把這個天球上的“緯度”叫做“赤緯”。這個坐標系，我們叫做“赤道坐標系”。
赤緯從天赤道向北天極和南天極度量，正負各90°。在地理坐標系中說緯度，我們都要說是“北緯”還是“南緯”，而在天球坐標系，我們用正負號來區(qū)分。
天球儀上的白圈就是天赤道
有了“緯度”，還需要有“經(jīng)度”。我們把赤道坐標系中的“經(jīng)度”叫做“赤經(jīng)”。赤經(jīng)與赤緯的關(guān)系和地理坐標系中是很相似的。所有赤經(jīng)線都交于兩個點，這兩個點，也就是地球自轉(zhuǎn)軸與天球的交點，就是北天極和南天極。
我們已經(jīng)規(guī)定了天赤道為0°赤緯，那么零赤經(jīng)在哪呢？
我們都知道地球繞著太陽公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)的目視效果，也就是太陽在天球上不斷運行，一年在天球上轉(zhuǎn)了一圈。注意剛剛所說的“運行”，其實是一種目視效果。一年之中，太陽有兩次會剛好運行到天赤道上，這兩個時間點，就是春分和秋分。春分這一刻太陽中心在天球赤道上的位置，就是春分點。
我們規(guī)定：過春分點的赤經(jīng)線即為赤經(jīng)的基線，也就是零赤經(jīng)。
圖片來源：《天文學(xué)新概論》
