基本介紹
- 中文名：天球坐標系
- 外文名：celestial coordinate system
- 基本要素：基本平面、第一坐標或稱經向坐標
- 別名：天文坐標系
- 所屬學科： 天文學/天體測量學
- 詮釋：天體位置的各種坐標系的總稱
基本信息,地平坐標系,赤道坐標系,黃道坐標系,銀道坐標系,坐標系聯繫,
基本信息
在天球上建立的球面坐標系。用以決定天體在天球上的位置。由以下幾點所規定：
（1）基本圈——在天球上選取的太圓BMB′；
（2）極——基本圈的一個幾何極點A；
（3）原點——在基本圈上選取的點B；
（4）副圈——過基本圈的幾何極點的任一半大圓AMA′；
（5）天體坐標的量度方向。
天球上一點X的位置由兩個坐標值決定：
- 第一坐標值——該點X所在的副圈和基圈的交點M到點X的弧段MX，或極點到該點的弧段AX；
- 第二坐標值——原點沿基本圈量到M點的弧段BM。
常用的天球坐標系有地平坐標系、時角坐標系、赤道坐標系、黃道坐標系、銀道坐標系。
地平坐標系
過觀測者O （天球中心）的鉛垂線﹐延伸後與天球交於兩點﹐朝上的一點Z 稱為天頂﹐朝下的一點Z 稱為天底。過天頂Z 和天體作一垂直圈﹐它與地平圈交於垂足D 點﹐則天體 在地平坐標系中的第一坐標就是大圓弧D 或極距 Z 。
天球上與地平圈相平行的小圓稱為地平緯圈﹐也稱平行圈。同一地平緯圈上任意點的地平高度都是相同的﹐因此可以稱為等高圈。南點S 與垂足D 之間的大圓弧SD =a ﹐是地平坐標系中的第二坐標﹐稱為地平經度或天文方位角﹐簡稱方位角。
方位角也可以用平面角SOD 來量度﹐天文學中習慣從南點起按順時針方向量度。以地平圈為基圈﹑子午圈為主圈﹑南點為主點的坐標系稱為地平坐標系。由於周日視運動﹐天體的地平坐標不斷發生變化。另一方面﹐對不同的觀測者﹐由於鉛垂線方向的不同﹐就有不同的地平坐標系﹐同一天體也就有不同的地平坐標。這種隨測站而異的性質使記錄天體位置的各種星 1表不能採用地平坐標系統。
赤道坐標系
地球赤道平面延伸後與天球相交的大圓﹐稱為天赤道。天赤道的幾何極稱為天極。
天赤道是赤道坐標系中的基圈﹐北天極P 是赤道坐標系的基本極。
天體的周日運動不影響春分點與天體之間的相對位置﹐因此也就不會改變天體的赤經和赤緯﹐而在不同的測站﹑不同的觀測時間﹐天體的時角卻是變化的。所以﹐在各種星表中通常列出的都是天體在第二赤道坐標系中的坐標──赤經和赤緯﹐供全球各地的觀測者使用。
黃道坐標系
在研究太陽系內各種天體的運動情況時﹐要用另一種天球坐標系﹐即黃道坐標系。
其中﹐太陽沿黃道從赤道以南向北通過赤道的那一個交點稱為春分點﹐另一個交點稱為秋分點。黃道上與二分點黃經度數相差90°的點，在赤道以北的為夏至點﹐在赤道以南的為冬至點。黃道的兩個幾何極稱為黃極﹐按其所處的天區位置不同﹐又有北黃極﹑南黃極之分。黃道是黃道坐標系中的基圈﹐北黃極為黃道坐標系的極。黃道與赤道的交角ε 稱為黃赤交角﹐它是黃極與天極之間的角距離﹐ε =23°27。
天球上與黃道平行的小圓稱為黃緯圈。過黃極的大圓稱為黃經圈﹐它是黃道坐標系的副圈﹐所有的黃經圈都與黃道垂直。在黃道坐標系中﹐以過春分點的黃經圈為主圈﹐春分點便是主點。以黃道為基圈﹑春分點為主點以及過春分點的黃經圈為主圈的坐標系﹐稱為黃道坐標系。
天體的黃經圈與黃道交於D 點﹐大圓弧D =β或平面角OD 就是天體在黃道坐標系中的第一坐標﹐稱為黃緯。由黃道向南北黃極分別計算黃緯﹐從 0°～±90°﹐在黃道以南的黃緯取為負值。過春分點的黃經圈和天體黃經圈之間的球面角E 或黃道上的大圓弧D =λ﹐是天體黃道坐標系中的第二坐標﹐稱為黃經。從春分點起沿黃道量度黃經﹐從0°～360°﹐黃經的量度方向是逆時針的﹐也就是從春分點向夏至點方向量度。黃道坐標系屬於左旋坐標系。黃道坐標系的基圈和主圈隨著旋轉天球一起作周日運動﹐同第二赤道坐標系相似﹐天體的黃道坐標不會因觀測時間和觀測地點的不同發生變化。
銀道坐標系
銀河系的主要部分是一個扁平的圓盤狀結構﹐它的平均平面稱為銀道面。銀道面是銀道坐標系的基本平面﹐它與天球相交的大圓稱為銀道﹐也就是銀道坐標系中的基圈。天球上與銀道相平行的小圓稱為銀緯圈。銀道的幾何極稱為銀極﹐又有南﹑北銀極之分。作為銀道坐標系的極是北銀極L ﹐過兩個銀極所作的半個大圓稱為銀經圈﹐也就是銀道坐標系中的副圈。所有的銀經圈都與銀道相垂直。銀道與天赤道在天球上相交於兩點。由北銀極向銀道面看去﹐按逆時針方向從赤道以南向北通過赤道的那一個點﹐稱為銀道對天赤道的升交點﹔另一點就是降交點。1958年以前﹐採用銀道升交點作為銀道坐標系的主點﹐過該點的銀經圈就是這一坐標系的主圈。
天體的銀經圈與銀道交於B 點﹐大圓弧B =b 就是天體在銀道坐標系中的第一坐標﹐稱為銀緯。由銀道起沿銀經圈向南北銀極分別量度銀緯b ﹐從0°～±90°﹐南銀緯取為負值。過升交點的銀經圈與天體的銀經圈所交的球面角L 或銀道上的大圓弧B = ﹐是天體在銀道坐標系中的第二坐標﹐稱為銀經。1958年以前﹐銀經由升交點起算﹐從0°～360°。量度方向是逆時針的﹐銀道坐標系也是一種左旋坐標系。
坐標系聯繫
當天體作周日視運動時，四種坐標系中，地平坐標系的兩個坐標以及時角坐標系中的時角坐標都是隨時間和地點變化的量，而時角坐標系中的赤緯以及赤道坐標系、黃道坐標系中的坐標均不隨時間和地點變化。已知某天體的兩個坐標時，可以由公式換算成另外坐標系中的坐標值。
赤道坐標系和黃道坐標系之間的關係 黃道坐標系在天體力學中有廣泛的用途﹐但天體的黃道坐標通常不是直接觀測量。另一方面﹐用黃道坐標表示的某些理論結果﹐也往往要先化為赤道坐標﹐然後才能實際套用。因此﹐必須建立這兩種坐標系之間的轉換關係。黃道坐標系和赤道坐標系之間的轉換﹐可根據圖3按球面三角的有關公式來完成。
天球坐標系
天球坐標系赤道坐標系和銀道坐標系之間的關係 天體的銀道坐標也不是直接觀測量﹐對某些恆星天文工作﹐需要建立其同赤道坐標之間的聯繫。這種聯繫﹐可根據圖4用球面三角的有關公式來完成。銀道坐標與赤道坐標之間的轉換並不要求有很高的精度﹐有專門的換算表可用﹐這一點與其他坐標系之間的換算是不同的。
空間坐標系及其換算 在某些天文問題中﹐不僅要知道天體在天球上的二維投影位置﹐而且還必須知道它的空間位置﹐比如有關人造衛星運動的研究就是如此﹐因而需要建立空間三維坐標系﹐包括三維直角坐標系和三維球坐標系﹐後者又稱為三維極坐標系。不論哪一種空間坐標系﹐它們的原點總是與天球的中心相重合﹐這與二維球面坐標系中的原點(即主點)是不同的。
