基本介紹
- 中文名：天球坐標系統
- 外文名：celestial coordinate syatem
- 分類：地平、時角、赤道、黃道坐標系
- 要素：基本圈、次圈、極點、原點
定義,分類,地平坐標系,時角坐標系,赤道坐標系,黃道坐標系,天球坐標系統的變換,赤道坐標與時角坐標的換算,地平坐標與時角坐標的換算,赤道坐標與黃道坐標的換算公式,
定義
天球坐標系統：是以球面坐標為依據，確定天體在天球上的位置而規定的坐標。球面坐標系統包括基本圈、次圈、極點和原點。
基本圈是球體中特別選定的大圓，是球面坐標緯度的起算點，相當於平面坐標的橫軸。次圈與基本圈垂直，次圈可以有無窮多，但是通過原點的輔圈最重要，它相當於平面坐標的縱軸。原點為基本圈和次圈的交點。
由於地球的自轉，天球和天體每日旋轉一周，方向自東向西。利用這些圈和點可以在天球上建立天球坐標系，以適當地表示天體在天球上的位置。
分類
常用以下四種坐標系：地平坐標系、時角坐標系、赤道坐標系、黃道坐標系。
地平坐標系
地平坐標系的基本平面是地平圈，“極”是天頂Z。如圖，在地平坐標系中，設天體為σ。過天頂Z、天體σ和天底Z'的大圓ZσZ'與地平圈WSEN垂直，相交於H點，ZσH叫做“天體σ地平經圈”。它在地平圈上的弧度NH叫做“天體σ方位角”，記為A，由N點按順時針方向計量，由0°量到360°。天體σ的另一個坐標是Zσ弧，叫做“天頂距”，記為z，由天頂往下計量，從0°量到90°。
地平坐標系
地平坐標系地平坐標系具有以下特點：（1）地平坐標系是直接定義的，便於實現，易於進行直接觀測；（2）對於不同觀測者，彼此的天頂、地平均不同，同一天體的地平坐標也不同，具有地方性；（3）天體具有周日運動，其視位置不斷變化，並且是非線性的，具有時間性；（4）地平坐標系與測站和觀測時間均有關。
時角坐標系
時角坐標系是用赤緯和時角兩個坐標來表示天體在天球上的位置。
時角坐標系
時角坐標系在時角坐標系中，存在以下定義：
（1）赤緯δ：由赤道沿時圈向天體量，0º~±90º，向北為正，向南為負。
（2）時角t：①點Q起算，沿赤道向西量，0º~360º，或0~24小時；②點Q'起算，分別沿赤道向東、西量，0º~±180º，或0~±12小時，向西為正，向東為負。
時角坐標系具有以下特點：（1）赤緯δ與測站、周日視運動無關；（2）時角t與測站有關，具有地方性；（3）時角t與周日視運動有關，具有時間性；（4）常作為地平與赤道坐標系轉換時的過渡坐標系。
赤道坐標系
赤道坐標系的基本平面是赤道面，“極”是北天極。如圖，在赤道坐標系中，過北天極P、天體σ和南天極P'的大圓，PσP'垂直於赤道面γQQ'且與γQQ'交於T，PσTP'就是天體σ的赤經圈或叫“時圈”。赤道上的QT弧叫做“時角”，記為t，從子午圈上Q點開始，按順時針方向計量。赤道上的γ點是春分點，γT弧是天體σ的一個坐標，叫做”赤經”，記為α，從春分點開始，按逆時針方向計量。在時角t和赤經α的測量中，計量單位都是時、分、秒，記為h、m、s。天體σ的另一個坐標叫做“赤緯”，記為δ，從赤道向兩極度量，從0量到90，在赤道以北的天體記為“+”，在赤道以南的天體記為“-”。
赤道坐標系
赤道坐標系赤道坐標系具有以下特點：（1）坐標原點（春分點）隨天球一起轉動；（2）赤經、赤緯與地球自轉無關（與時間無關）；（3）赤經、赤緯與測站無關；（4）各種星表和天文曆表中通常列出的都是天體在赤道坐標系中的坐標，以供全球各地觀測者使用。
黃道坐標系
黃道坐標系的基本平面是黃道面，“極”是北黃極。如圖，在黃道坐標系中，經過黃極п、天體σ和南黃極п'的大圓пσπ'垂直於天球黃道面γEE'，且與黃道交於L，пσп'就是天體σ的“黃經圈”。黃道上的γ是春分點，γL弧是天體σ的一個坐標，叫做“黃經”，記為λ，由春分點γ開始，在黃道上沿反時針方向計量，由0°量到360°。天體σ的另一個坐標是Lσ弧，叫做黃緯，記為β，由黃道向兩極度量，從0°量到90°，，在黃道以北的天體記為“+”，在黃道以南的天體記為“-”。
黃道坐標系
黃道坐標系黃道坐標系具有以下特點：（1）坐標原點（春分點）隨天球一起轉動；（2）黃緯β、黃經l與測站無關；（3）黃緯β、黃經l與周日視運動無關；（4）主要在理論天文學中用來研究太陽系內各天體的位置和視運動規律。
天球坐標系統的變換
天體在天球上的位置常常用一組坐標例如（A，Z）測量，而在實際工作中，有時則需要用另外一組坐標表示，這就需要在不同的坐標系之間進行變換。
赤道坐標與時角坐標的換算
已知地方區時（如北京時）可以計算出地方恆星時，由地方恆星時S與時角t的關係式，α=S-t，可求出天體的時角t。
其他天球坐標系之間的換算可由球面三角基本公式得出換算公式。
地平坐標與時角坐標的換算
（1）已知天體方位角A、天頂距z及地理緯度φ，利用球面三角公式求天體的時角t和赤緯δ，可用以下公式：
sinδ=sinφ·cosz-cosφ·sinz·cosA（餘弦公式）；
cosδ·sint=sinz·sinA（正弦公式）；
cosδ·cost=sinφ·sinz·cosA+cosz·cosφ（第一五元素公式）。
2）已知天體的時角t赤緯δ和地理緯度φ，求天體的方位角A和天頂距z（或地平高度），利用如下球面三角公式即可：
cosz=sinφ·sinδ+cosφ·cosδ·cost；
sinz·sinA=cosδ·sint；
sinz·cosA=-sinδ·cosφ+cosδ·sinφ·cost。
赤道坐標與黃道坐標的換算公式
（1）由天體的赤經α、赤緯δ；黃道與赤道的夾角ε。求天體黃經λ、黃緯β，可用以下公式：
sinβ=cosε·sinδ–sinεcosδsinα；
cosβ·cosλ=cosδ·cosα；
cosβ·sinλ=sniδ·sinε+cosδ·cosε·sinα。
（2）由天體黃經λ、黃緯β與黃赤夾角ε，求赤經α、赤緯δ ，可用以下公式：
sinδ=cosε·sinβ+sinε·cosβ·sinλ；
cosδ·cosα=cosβ·cosλ；
cosδ·sinα=-sinβ·sinε+cosβ·cosε·sinλ。
