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[破事水水] [2006.07.05] 〖天文生物探索部〗（天文组）天球[收集+整理]

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snoopy1992

最后的银色子弹

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发表于 2006-7-5 05:57:02 |只看该作者 |倒序浏览

天球
天文学等领域中，天球是一个想象的旋转的球，理论上具有无限大的半径，与地同心。天空中所有的物体都想象成是在天球上。与地球相对应，它有天赤道，天极。
许多古代科学家都相信天上的星星是与地球等距离的，这个球就是宇宙的真正的模型。尽管这是不正确的，但它仍不失为一种很好的抽象系统。天空中的一切都不是仅凭我们的肉眼就能够判断出距离的。正因为此，我们仅通过它们的朝向来确定其在天空中的位置。于是，天球就成了一个很有用的天文定位的工具了。
地球绕地轴自转，相对于地球不动的概念，天球上的物体也是每24小时围绕着天极旋转的。这就是昼夜运动，太阳、行星、卫星等等都是东升西落,这称为天球的周日视运动.因为地球有公转的缘故，一颗恒星总是比它前一天提前约4分钟升起。
天球可被它的赤道（即天赤道）分成北天半球和南天半球两部分。对应着有北回归线、南回归线、南极、北极。
因为地球是自西向东旋转，所有我们就把天球看成是自东向西旋转。
可以构建一个天球坐标系统来量化天空物体的朝向。而因为有天球的概念后，天文学家以此开始创立不同坐标系如黄道坐标系和银道坐标系。但要注意的是，天球仪是在天球外看天球，天象厅或模拟星象是在天球内看天球的，初学者很多时不能理解这点。
根据观测位置的不同，就具有不同的天球中心。严格的讲，不同的观测者就有不同的天球中心。在地面上观测时，观测者的眼睛就是天球中心，这样建立起来的天球叫做地面天球。
如果从地心观测，则叫做地心天球。把地轴无限延长，就是假想的天轴，地球北极指的一点是北天极，地球南极指的一点就是南天极。通过地球中心和天轴垂直的平面叫做天赤道面，天赤道面和天球的会合处就是天赤道。
太阳在天球上每天移动约1度，一年则移动一周，这称之为太阳周年视运动，太阳中心在天球上视运动的轨迹则是黄道。

天球坐标系统
天文学当中，天球坐标系是描述天空中物体位置的坐标系。类似于我们在地球表面上用到的地理坐标系，天球坐标系随着投影到天球上的坐标格网的不同而不同，沿着大圆将天空分成两个相等的半球的平面称为基本面，而这种坐标系仅仅会因为基本面的不同而不同。（地理坐标系中的基本面是地球的赤道）。每个坐标系的名字是根据基本面的选择而定的，下面是不同的坐标系名称：
[LIST]

超银河坐标系[/LIST]地平线坐标系
地平线坐标系，也叫地平坐标系。是根据观察者所处的地平线为基本面所建立起来的天球坐标系统。即以天顶天纬90度，地平线在天球上的投影为天纬0度，以东方为天经0度，南方为天经90度。这样就把天空分成我们可以看见的上半球，看不见的下半球（地球挡住了）。所在处上半球的地极是天顶，所在处下半球的地极是天底。
地平坐标是：
[LIST]

高度角（Alt），就是天体与观察者所处位置的夹角。

方位角（Az），就是天体与地平的夹角（自北点超东方测量）。 [/LIST]
所有地平坐标系有时也叫Alt/Az坐标系统。
因为地平坐标系是由地球确定，因此，天体的海拔与方位角会随着它们划过天空的时间的改变而改变。另外，因为海拔与方位角是根据观察者所处的地平决定的，所以地球上同一时刻在不同位置观察同一物体海拔与方位角的位置是不同的。
地平坐标系对确定天体的升落时间非常有帮助，当天体的海拔为 0°，那么：
[LIST]

上升（当它的方位角小于 180°）

沉落（当它的方位角大于180°） [/LIST]不过有这两个特例：
[LIST]

在两极上，天赤道上的物体围绕这地平转。

在赤道上，天极上的物体站在地平上的一个点。[/LIST]坐标的转换
赤道坐标系到地平坐标系的转换是可行的。
令δ为赤纬，H 为时角.
令φ为观察者所在的纬度.
转换的等式为：

利用三角函数可以得到确切坐标值。

时角坐标系（第一赤道坐标系）
时角坐标系以天赤道为基本圈，北天极P为基本点，天赤道于天子午圈在南点附近的交点Q'为原点。过任一天体X作赤经圈在天体一侧角天赤道于T。
时角t：从原点Q'开始顺时针度量的弧长Q'T，即过天子午圈与过天体的赤经圈所夹的角，叫时角t，范围0-359°；有时也用时间时，分，秒表示，范围0-24h。
赤纬δ：从T延赤经圈度量的弧长TX,叫赤纬。向北为正，向南为负，范围0-（+/-)90°。
观测者不同原点Q'不同，T随天体周日视运动而变化，所以时角t随时间和观测地点不同而不同。赤纬δ只有天体和天赤道决定，不变化。

中天
天体过天子午圈叫"中天"，天体周日视运动中，每天两次过中天：位置最高（地平高度）叫上中天；位置最低叫下中天。中天时天顶，天极，天体都在天子午圈上。所以，天体上中天时天顶距z = φ - δ，φ为观测地地里纬度；δ为天体赤纬；下中天时，z = δ - φ

赤道坐标系（第二赤道坐标系）
他与时角坐标系的区别在于，它的原点不是Q'，而是春分点γ。在赤道坐标系中，过任一天体X做赤经圈交天赤道于T点。
赤经a：以春分点为起点，沿天赤道逆时针方向计量的弧长γT的弧长。范围：0-359°。
赤纬δ：与时角坐标系中赤纬定义相同。
春分点时角t=天体赤经a +天体时角t
天体的赤道坐标不随昨日时运动变化，也不受观测地点影响。（因为春分点与天体的相对位置不变）