第二章 天球与天球坐标系.docVIP

第二章 天球与天球坐标系 传统天文航海以太阳、月亮、行星和恒星（统称为天体，详见第十二章）为导航信标，获取天体的准确位置是开展天文航海的前提条件。在天文航海、球面天文学等领域，通常基于天球的概念，通过建立天球坐标系定义天体的位置。 本章详细介绍天球、天球基准点线圆、天球坐标系、天体位置坐标和天文三角形等概念，同时介绍基本的天球作图方法。 第一节 天球与天球基准点线圆 作为研究天文航海问题的平台和工具，天球及其基准点线圆是航海人员必备的基本知识。 一、天球 夜间仰观天空，总感到天空好象一个巨大的空心半球头顶上而且不论，总这个巨大的空心半球的球心。分布在无限广阔中的所有天体，距离远近，都散布在空心球的内表面上。在天文学中，将这感觉上的空心球作为研究天体直观位置和运动的辅助工具，并定义为天球。也就是说，天球是以地心为中心，以无限长为半径的想象球体（图2-1-1）。所有天体投影在天球上的位置称为天体的视位置天球上的基准点、线、圆，是根据地球上的诸如地极、地轴、赤道、地平面、测者铅垂线、测者子午圈等基准点、线、圆而建立起来的，具有一一对应的投影关系如图-1-2和-1-3所示将地轴（）向两端无限延长，与天球球面相交所得的天球直径（）称为天轴。天轴的两个端点称天极与地球北极对应的；与地球南极对应的。 天赤道 将地球赤道）平面向四周无限扩展与天球球面相截所得的大圆）称为天赤道天轴相垂直。 ）向两端无限延长，与天球球面相交所得的天球直径（），称为测者铅垂线。测者铅垂线与天球球面相交的两点，在测者头顶正上方的点称为天顶，符号；在测者正下方的点称为天底，符号。 4．测者子午圈、测者午圈和测者子圈 将地球上的测者子午圈（）平面向四周无限扩展，与天球球面相交所得的通过 天北极、天南极、天顶和天底的大圆（），称为测者子午圈。天轴将测者子午圈等分为两个半圆，其中包含测者天顶的半个大圆（）称为测者午圈；包含测者天底的半个大圆（）称为测者子圈。 显然，测者午圈和测者子圈的与测者直接关联，位于地球表面不同经线上的测者，其测者午圈和测者子圈各不相同。对位于格林经线上的测者，由其所定义的测者午圈和测者子圈，称为格林午圈和格林子圈。 5．测者真地平圈 通过地球中心且垂直于测者铅垂线的平面，与天球球面相截所得的大圆（），称为测者地心真地平圈，简称测者真地平圈。显然，测者在地球表面上的位置不同，其测者真地平圈各异。 6．方位基点 在天球球面上，测者真地平圈与测者子午圈相交于两点其中靠近天北极的点为正北点；靠近天南极的点为正南点。测者真地平圈和天赤道相交于两点测者面向正北，右手方向的点为正东点，左手方向的点为正西点。、、、将测者真地平圈划分为、和四个象限。 通过测者、天底东点和正西点所作的大圆），称为测者东西圈，又称卯酉圈。如图2-1-3所示，天球作如下划分： 测者真地平圈将天球等分为两个半球，包含测者天顶的半球称上天半球，包含测者天底的半球称下天半球。 的半球称为北天半球；包含天南极的半球称为南天半球。 3．东天半球和西天半球 测者子午圈将天球等分为两个半球，包含正东点的半球称为东天半球；包含正西点的半球称为西天半球。 4．天球的象限划分 与测者真地平圈上的四个象限、、和相对应，测者子午圈和测者东西圈将上天半球分为、、和四个球面象限为仰极，其到测者真地平圈的垂直球面距离即为仰极高度。 分析图2-1-2和2-1-3不难得出，，，故。同时，因地球基准点线圆与天球基准点线圆之间一一对应关系的存在，测者天顶与测者相对应，天赤道与赤道相对应，则大圆弧与对应相等。依据测者纬度的定义，，则有，亦即以下结论成立—：仰极高度等于测者纬度。 举大连地区测者（）为例，仰极与测者纬度同名，为天北极（），仰极高度等于测者纬度，则天北极的高度为。 仰极与测者纬度这一重要关系，是作天球基准点线圆图，建立天球坐标系的基础。 第二节 天球坐标系 天球坐标系是度量天体位置的基础，也是航海人员需要牢固掌握的知识。 一、天球坐标系的构建原理 天球坐标系按照球面坐标系的原理建立，其构建过程类似于构建典型的球面坐标系——地理坐标系。 地理坐标系以赤道和格林经线作为基准大圆（类同于平面直角坐标系的坐标轴），取二者的交点作为坐标系的原点，并用从原点起算的经度和纬度来度量地球上某点的位置。天球坐标系的构建遵循相同的原则，以两个相互垂直的大圆弧作为基准大圆，以其交点作为坐标原点，并以通过目标（天体）和基准大圆两极的半个大圆作为坐标值度量的辅助圆。 依据上述构建原则，在天球选择不同基准大圆不同的天球坐标系天文航海常用的个坐标系。 坐标系的构成 如图-2-1所示，在天球球面上，过天北极）、天南极）和天体）的半个大圆）称天体的时圈。以天赤道）和测者午圈）为基准大圆，以天赤道与测者午圈的交点）为原点，