【天文知識】為什麼恆星運作在一個平面上？天球的概念是什麼？

主點在什麼方或什麼方

高孟嘉

點選此處新增圖片說明文字

從托勒密到哥白尼，包括中國的蓋天說和渾天說，古代各種宇宙觀都認為恆星運作在一個平面上。如今，我們雖然已經知道了恆星和我們的距離各不相同，但是還是延續這一觀點，引入“天球”的概念，這是為什麼呢？

天球是以觀測者為中心、無限遠為半徑的假想球體，把與我們距離各異的天體都投影到上面，這樣一來，我們就可以放心地使用球面幾何學啦。而且在天球中我們只需要考慮天體的方位，而天體到地球的距離也就不是我們要考慮的物件啦！

點選此處新增圖片說明文字

“天球”概念圖（圖片來源於網路）

有了天球，下一步我們就要說天球座標系啦。大家都知道，在平面座標系中已知兩個引數就可以確定一個位置，在三維直角座標系中，確定一個位置則需要三個引數，而在天球座標系中，因為標準的球形給了我們便利，所以我們只需要兩個角度，就可以確定球面上唯一一點。

點選此處新增圖片說明文字

在球面座標系中已知兩個角度即可確定唯一一點（圖片來源於網路）

在介紹各種天球座標系之前，讓我們先來了解一波基本概念（注意粗體的名詞哦）：

在天球座標系中，任意選定的大圓稱為

基圈

。任意選定與基圈垂直的大圓，稱為

主圈

（

始圈

）。選定的基圈與主圈的一個交點，稱為

主點

（

原點

）。經過給定點與基圈垂直的大圓稱為

副圈

（

終圈

）。規定給定點與天球中心連線與基圈的夾角為

第一座標

，主圈與副圈夾角為

第二座標

。

點選此處新增圖片說明文字

天球座標系基本概念（圖片來源於網路）

驚！前方高能！一大波座標系正在靠近！

1、

地平座標系

地平座標系是一種最直觀的天球座標系，它以觀測者所在的地平面與天球相交的大圓（地平圈，即為基圈）為界，將天球分為可見半球和不可見半球兩部分，垂直於地平面的直線與可見半球交於天頂，與不可見半球交於天底。透過天頂和天底可以作無數個與地平圈相垂直的大圓，我們將其稱為地平經圈（副圈）；而與地平圈平行的小圓，稱為地平緯圈。透過南點、北點的地平經圈稱子午圈（主圈）。

在地平座標系中，第一座標為地平高度（h），即天體與地平圈的角距離，是天體與球心連線同地平面的交角，也就是天體的仰角；第二座標為天體的方位角（A），它是天體，對於子午圈的角距離，也就是天體所在地平經圈與子午圈的夾角。由於主圈和基圈的地方性，天體的兩個座標隨地點、時間的改變而改變。

點選此處新增圖片說明文字

地平座標系（圖片來源於網路）

2、

第一赤道座標系

第一赤道座標系又稱時角座標系，它以天赤道（將地球的赤道面無限延伸後和天球相交的大圓圈）為基圈，以子午圈為主圈，以天球上透過天極的大圓（即為時圈）為副圈。作為赤道座標系之一，時角座標系常在天文觀測中使用。

在時角座標系中，第一座標稱為赤緯（δ），是天體相對於赤道的角距離，即天體視方向與天體赤道平面的交角。第二座標稱為時角（t），是天體相對於子午圈的角距離，即天體所在的時圈與子午圈的交角。由於基圈沒有地方性，因此天體赤緯不隨觀測地點和觀測時間的變化而變化，但是由於主圈有地方性，因此觀測地點及觀測時間均影響時角。

點選此處新增圖片說明文字

第一赤道座標系（圖片來源於網路）

3、

第二赤道座標系

為了防止出現同一天體在不同時間、地點有不同座標的情況，我們引入了第二赤道座標系。赤道座標系以天赤道為基圈，以春分圈（春分點經過的赤經圈）為主圈。第一座標為赤緯（δ，同第一赤道座標系）；第二座標為赤經（α），也就是是天體相對春分圈的角距。這樣，第一二座標都不隨觀測時間和地點的變化而變化，如此情況下的座標，只需要註明年份（也就是曆元啦~），就可以編制星表啦。

點選此處新增圖片說明文字

第二赤道座標系（圖片來源於網路）

點選此處新增圖片說明文字

三種天球座標系（製表：趙經遠）