天球坐标系统

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天文坐標的方向
Celestial.gif
銀河、黃道與赤道坐標系統的方向,投影在天球上,顯示出銀河赤道(黑色)、銀河北極(NGP)、黃道(橘色)、黃道北極(NEP)、天球赤道(藍色)和天球北極(NCP)。太陽和地球未依比例顯示,但是正確的呈現太陽環繞銀河中心的軌道方向,和地球環繞太陽的軌道方向

天球坐標系統,是天文學上用來描繪天體在天球上位置的坐標系統。有許多不同的坐標系統都使用球面坐標投影在天球上,類似於使用在地球表面的地理坐標系統。這些坐標系統的不同處只在用來將天空分割成兩個相等半球大圓,也就是基面的不同。例如,地理坐標系統的基面是地球的赤道。每個坐標系統的命名都是依據其所選擇的基面。

坐標系統[编辑]

坐標系統[1] 基面 坐標
地平
(也稱為Alt/Az或Az/El)
地平面 天頂/天底 高度(也稱為仰角) - 方位 - 子午圈
赤道 天球赤道 天極 赤緯 - 赤經時角
黃道 黃道 黃極 黃緯 - 黃經
銀河 銀河平面 銀極 銀經 - 銀緯
超星系 超星系平面

地平坐標系統[编辑]

地平或高度方位系統,觀測者位於地球上,圍繞著自身的自轉軸每一恆星日(23h56m)相對於固定的恆星背景旋轉一周。在地平系統中,天體位置的定位主要用於計算出與沒的短暫時間,例如,太陽升起和沉沒時間的計算。過去它也用於導航,例如,確定行星位置的高度與方位,依據時間確定船隻正確的經度和緯度。許多望遠鏡也採用經緯儀的架台,然後依據時間、地理位置,利用電腦計算天體在地平上的位置(高度和方位)。

赤道坐標系統[编辑]

赤道坐標系統以地球的中心為中心並且固定住環繞我們的天空,因此它看起來與地球固定在一起,而我們在地球的表面上繞著自身的軸旋轉。赤道坐標描述的天空,包括所見的太陽系,和現在所有的星圖幾乎全都用赤道坐標來繪製,而古代的東方天文學家早已使用這種坐標繪製星圖。

赤道系統是專業天文學家最常用的坐標系統,業餘天文學家也使用赤道系統的架台在夜晚追蹤天空的運動。天體被調整好的望遠鏡或其它種類的儀器找到之後,這些天體就會使用與赤道坐標匹配來標示它們的位置。

最常被選用的赤道系統是古老的1950分點或現代的2000分點,但也可以使用標示日期的赤道系統,意味著必須考量日期的需要,例如對一顆行星或太空船位置的測量。也有細分到“平均日”坐標,它們採用平均值而忽略章動和包含章動的"真正日期"。

黃道系統[编辑]

黃道坐標系統是一種古老的坐標系統,使用在天文學占星術上未分家前的星圖上,特別是在西方世界。

黃道系統描述的是行星環繞太陽移動的軌道,它的中心在太陽系的重心,也就是太陽的位置。它的基本平面是地球的軌道面,稱為黃道面。在行星科學中被大量使用,像是計算行星的位置和其他重要的行星軌道參數:傾角、升交點、降交點、近日點位置等等。

銀河系統[编辑]

銀河系統是以我們的太陽系為中心,指向銀河中心的方向為是0點的位置,而基本平面大致上與銀河盤面一致,但是有固定的標準。當然,銀河系統是用來決定星際物體在銀河中的相關位置。

超星系系統[编辑]

超星系坐標系統也是天球坐標系統之一,他的赤道是校準在超星系平面上。這個系統用於在地的宇宙之中,主要是參考鄰近的星系團,包含室女座星系團巨引源英仙-雙魚超星系團等,在平面(二維空間)的分布狀態。

經由會議決定,超星系的經度和緯度類比於银道坐标系的銀經(l)和銀緯(b),分別標示為SGL和SGB,坐標經度的起點(SGL=0)定義為銀河平面與超星系平面的交叉點。

地平緯度[编辑]

地平緯度,也可以稱為高度角(Altitude)或仰角,指的是從天文地平線(0°) 垂直向上量取到天頂(+90°)的角度。它還可以用負值延伸到地平線下最低點的天底(-90°)。雖然有些地方會使用高度或海拔標高(elevation, geometric height)一詞取代仰角,但高度通常會被理解為一種直線單位的距離,像是公尺(米,或是任何其他的長度單位),並不建議將它當成是一個角度的距離。

在天文學中更常被使用的名詞是天頂距,這是仰角的餘角,也就是天頂是0 °,在地平線上是90 °,最低點的天底是180 °。

坐標轉換[编辑]

赤道坐標轉地平坐標[编辑]

赤纬时角

为观察者所在的地理纬度

高度角方位角 (以北方為 0 度的北方位角)。

令θ是天頂距,也就是仰角的餘角90°-

則轉換的方程式是:


算出等號右側的數值後, 使用反三角函數即可以得到坐標 的數值。

注意:在 0 到 360 度的範圍, 反餘弦有兩組解,因為 . 例如160°和200°有相同的餘弦值。所以, 如果求解的角度不在反餘弦函數的定義域範圍, 即 0 度到 180 度之間, 就需要作適當調整。如果°(或徑度量的π),則表示觀察的星體偏西方, 應該 才對. 因此, 反餘弦所得到的值, 預設為 (介於 [0,180]), 要修正為 (介於 [180,360]) 度才對。至於用 來求 並不需要調整, 因為它的定義域在 [-90,+90] 度, 可代表地平以下及以上的高度角.

南方位角及北方位角[编辑]

另外需要特別注意的是, 上列方程式算出來的方位角 精確地說是由北方為 0 度, 順時鐘方向測量所得的北方位角. 但某些觀星者或航海人習慣以南方為 0 度, 測量星體與南方的夾角, 我們可稱這樣的方位角為南方位角, 以 表示.

南方位角的計算式與上列等式稍有不同. 主要是上列公式的第二式等號右侧要變負號. 原因是北方位角跟南方位角的 X 座標一北一南, 正負符號相反. 而這一項與地平座標的 X 座標有關. 至於第一個等式, 與他們的 Z 座標有關, 兩個值相同, 不必變號. 因此, 其計算公式變為:


同樣的, 用反餘弦所算出來的角度可能是真正的 , 也可能需要調整, 但調整條件變成: 如果°(或徑度量的π), 也會大於 180 度, 反餘弦所算得的值, 預設為 , 便需調為 .

不論用上列哪套公式, 南方位角跟北方位角其實只差 180 度. 算出其一後, 用 換算, 並調整到 [0,360] 度的範圍, 即可算出另一種方位角, 不需要再費時去計算三角函數與反函數.

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Majewski, Steve. Coordinate Systems. UVa Department of Astronomy. [19 March 2011]. (原始内容存档于12 March 2016). 

外部連結[编辑]