球面天文學

球面天文學，天體測量學的一個分支，主要內容是運用球面三角學和矩陣運算等數學方法研究投影在天球上的天體位置及其因大氣折射和地球運動等引起的變化。

球面天文學是研究天體測量學、天體力學、恆星天文學和星系動力學等天文學分支學科所必需的基礎理論之一。

基本介紹

• 中文名：球面天文學
• 外文名：spherical astronomy
• 研究：天體測量學、天體力學
• 包括：天球坐標系的建立
• 屬於：天體測量學一個分支
• 主要理論：球面三角學和矩陣運算

概念介紹

球面天文學是研究天體測量學、天體力學、恆星天文學和星系動力學等分支學科所必需的基礎理論之一。球面天文學的具體研究內容一般包括：①天球坐標系的建立，天體的視運動；②視差、大氣折射和光行差的理論及其套用；③歲差和章動對天體位置的影響；④以地球自轉和公轉周期為基礎的時間計量系統（世界時和曆書時）的建立原理和力學基礎；⑤天體視位置的歸算方法。

天球坐標系

學術研究

現狀

天體測量學的分支學科。研究各種天球坐標系及時間系統的建立和轉換。在天文學、大地測量學和宇宙航行等領域，必須計量天體(包括人造天體在內)的位置和運動，這種計量要以建立在天球球面上的某種坐標係為參考。運用一定的數學方法研究投影在天球上的天體位置及其因各種天文、氣象或物理因素引起的變化是球面天文學所要解決的問題。

內容

具體研究內容大致包括：①各種時間計量系統的建立。②各種天球坐標系的建立和相互關係。③大氣和地球運動對天體觀測位置的影響，即大氣折射、視差和光行差。④天體位置的廣義相對論改正。⑤各種歸算方法及其精度的探討等。是研究天體測量學、天體力學、恆星天文學、星系動力學和實測天體物理學等分支學科所必需的基礎理論之一。

坐標系關係表

球面天文學也稱為位置天文學，是天文學的一個分支，用於確定在任何一個日期和時間由地球上的任意地點所看見的物體在天球上的位置。這是天文學最古老的分支之一，依靠數學的球面幾何學和測量的天體測量學為工具。

主要元素

球面天文學的主要元素是坐標系統和時間。天體在天球上的位置最常使用赤道坐標系統，是以地球赤道在天球上的投影為基礎建立的。天體在這個系統內的位置以赤經（α）和赤緯（δ）來標示，相對於地點和時間的位置則可以使用地平坐標系統以高度和方位來表示。

在星表中臚列出來的星系和恆星的位置，都是在特定年份中的位置。由於歲差和章動的雙重影響，會使天體的位置隨著時間而改變，而這些與地球的運動有關的位置改變，都會在周期性的出版品上予以修正。

天體歷是確認太陽和行星位置使用的參考表，其中列出了這些天體在特定時間於天球上的位置，可以經由適當的轉換得到在其他坐標中的位置。

相互特定位置

合：從地球上觀察兩個天體在天球上黃經相同，主要標示太陽系中各天體的相對位置。

黃道面：地球繞行太陽的軌道平面，行星也都在黃道面的附近繞行太陽。

距角：由觀測者所在位置測量行星和系統中心所夾的角度，通常這箇中心就是太陽的位置。

外行星與內行星：軌道在地球內側比地球更靠近太陽的行星稱內行星（水星和金星）；在外側，軌道比地球軌道更大的稱外行星。

凌日：內行星在內合的位置在太陽前方經過的現象。

研究具體內容

球面天文學研究的具體內容有：

(1)天球坐標系的建立，天體的視運動。天文坐標系是建立在天球上、與地球形狀和大小無關的坐標系。它以地球自轉軸為極軸，極 軸延伸與天球的交點為天極，經過 地心並同極軸垂直的面為赤道面， 赤道面延伸與天球相交的大圓為天赤道；觀測者的地方鉛垂線為天頂方向，它是天文坐標系的基本方向；天頂方向和天球赤道面的夾角 稱為天文緯度ᵠ; 經過天極和天頂方向的平面為天文子午面，某地天 文子午面與本初子午面之間的兩面角稱為天文經度λ。天文坐標是二 維球面坐標系。為了測定天文經緯度，必須觀測天體。在測定天文經緯度時，使用的儀器有： 中星儀、 稜鏡等高儀、天頂儀和照相天頂 筒。為了建立天文大地網的天文經緯度，大多用全能經緯儀測定。

天體的視運動是地面觀測者直 接觀測到的天體的運動。天體在作周日視運動時，經過天球上一些特殊的圈(包括大圈和小圈)或點，這些現象在天體測量工作中具有重要意義。

(2)視差、大氣折射和光行差的理論及其套用。視差是觀測者在兩個不同位置看到同一天體的方向之差。測出天體的視差，就可以確定天體的距離。天體視差測量是確定天體距離的最基本的方法。天體射來的光線通過地球大氣層，受到大氣的折射，這種現象和由此引起的折射量統稱為大氣折射。大氣折射使天體向天頂方向偏折，在天體 測量工作中必須修正大氣折射的影響。在同一瞬間，運動中的觀測者所觀測到的天體的視方向與靜止的 觀測者所觀測到的天體的真方向之差，稱為光行差。在天體測量時應 消除光行差對測量精度的影響。

(3)歲差和章動對天體位置的 影響。

在外力作用下，地球自轉軸在空間並不保持固定的方向，而是不 斷地變化。地軸的長期運動稱為歲差，而其周期運動則稱為章動。歲差和章動引起天極和春分點在天球 上的運動，對恆星的位置有所影響。

(4)以地球自轉和公轉周期為基礎的時間計量系統(世界時和歷 書時)的建立原理和力學基礎。

(5)天體視位置的歸算方法。

天體測量學

研究和測定天體的位置和運動， 建立基本參考坐標系和確定地麵點的坐標的科學。天文學中最先 發展起來的分支。天文學、地學、測量學交叉形成的學科。

天體測量學的起源可以追溯到人類文化的萌芽時代。遠古時 候，為了指示方向、確定時間和 季節，先後創造出日晷和圭表。對星空劃分出星座、編制出星表。 早期天文學的主要內容就是天體測量學。天體測量的資料，為天體力學的建立創造了重要條件。 在航天時代，天體測量技術的提 高與天體力學方法的改進，更是相輔相成，互相推動。

天體測量學的內容包括確定天體的位置及其變化，包括球面天文學、方位天文學、實用天文學、天文地球動力學。

天體測量的手段，已從可見光觀測發展到射電波段、紅外、 紫外、X射線和γ射線波段的觀測；在觀測方式上已由測角擴展到測距；觀測所在地已由固定天文台發展為流動站、全球性組網觀測以及空間觀測；觀測精度不斷提高，角度測量已由十分之一 角秒、百分之一角秒提高到千分之幾角秒；對距離的測量，準確度已由公里級達到厘米級；觀測 的天體由明亮的恆星擴展到星等更暗的光學恆星、星系、類星體、 射電源、紅外源和X射線源。

現代天體測量學不但能以厘米級的精度完成實用天文學的任 務，建立更理想的基本參考坐標系，進一步推動天文地球動力學的研究，而且還能為天體物理學、天體演化學和宇宙學的研究提供十分豐富的基礎資料。