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常用空间坐标系 尚轲 整理 2014 年 9 月 10 日 V1.0 一、天球 1.1 天球的定义1 研究天体的位置和运动而引进的一个假想圆球。根据所选取的天球中心不同，有日心天 球、地心天球等。除特殊说明外，本文中的天球指地心天球。为了准确地描述星体的位置， 需要一套坐标系统。除特殊说明外，本文中使用的坐标系统是赤道坐标系统。表 1 列出了常 见的坐标系统。 表 1 天球坐标系统 黄道坐标系统 黄经·黄纬·黄道 赤道坐标系统 赤经·赤纬·天赤道·时角 地平坐标系统 方位角·高度角·地平线·正北·天顶·天底 银河坐标系统 银经·银纬·银盘·银心 1.2 天球上的参考点、圈2 在天球上建立坐标系统，必须先确定参考点与参考圈。如 图 1 ，将地轴延长与天球相 较于两点，称为天极。北边的为天北极（P ），南边的为天南极（P’ ）。地球赤道所在平面与 天球相交的圆称为天球赤道（QERW ）。天球赤道将天球等分为两边：北半部分为北天，以 天北极为中心；南半部分为南天，以天南极为中心。天球上所有同时通过两个天极的圆称为 时圈。 地球公转轨道平面与天球相交的圆叫做黄道（MVLA ）。黄道与赤道相交于春分点（V）、 秋分点（A ）。春分点、秋分点又称作二分点。黄道上与二分点相距 90 °的两点为夏至点、 冬至点。 （注释：后面为地平坐标系统中的参考点与参考圈，J2000 和 WGS84 中不使用） 观测者与地心所在的直线与天球相交于两点：观测者方向的为天顶（Z ）；地心方向的 天底（N’ ）。过地心作垂直于观测者和地心的连线的平面，与天球相交的圆称为地平圈 （SENW ）。天球上所有同时通过天顶、天底的圆称为垂直圈，又名地平经圈。同时通过天 极、天顶、天底的圆称为观测者子午圈（ZP’N’P ），简称子午圈。子午圈同时为一地平经圈 和时圈。 垂直于子午圈的地平经圈称为卯酉（mǎo yǒu ）圈（ZEN’W ）。垂直于子午圈的时圈称为 六时圈（P’EPW ）。 1 百度百科-天球 2 《实用天文学》，夏坚白陈永龄 王之卓 著，武汉大学出版社 图 1 天球上的参考点与参考圈 图 2 天赤道与黄道 1.3 天球上的坐标系3 1.3.1 地平坐标 天体位置由其在天球上的二坐标值确定。如 图 3 ，以观测点的地平圈作为主圈，以通 过该天体 S 的地平经圈（即垂直圈）为副圈，用以确定该天体的位置，称为地平坐标。 图 3 地平坐标 地平坐标的含义： 方位角A ：或称为地平经度。子午圈与地平经圈的夹角∠NOC ，在地平圈上自北点（N ） 向东点方向（注意不是向东。在北半球，和赤道坐标系中的方向是相反的。），自 0°至 360° 。 高度角 h ：或称为地平维度。在地平经圈上自地平圈到天体间的夹角∠COS，在地平上 边的为正，自 0 °到+90 °反之为负，自0°到-90° 。 高度角用天顶距∠ZOS 代替，即在地平经圈上自天顶到天体的角度，自 0°到 180°，并 且 z=90°-h ； 地平坐标的二坐标值，实际上就是地面测量中用的方位角和垂直角，可以直接用经纬仪 观测确定。但由于地球的自转以及观测者在地球上的位置不同，故同一天体，在不同时间或 不同地点观测时得到的地平坐标是不同的。 1.3.2 赤经赤道坐标 如 图 4 ，以赤道圈为主圈，以通过该天体 S 的时圈为副圈，构成赤道坐标。赤道坐标 分为赤经赤道坐标和时角赤道坐标两种，他们的坐标值定义不同。J2000 坐标系使用赤经赤 道坐标。 3 《实用天文学》，夏坚白陈永龄 王之卓 著，武汉大学出版社 图 4 赤道坐标 赤经赤道坐标的定义： 赤经 α：通过天体的时圈与通过春分点的时圈的夹角。在赤道平面上，赤经是由春分点 V 向东数起的角度，自0 时到 24 时或 0 °到360 °。图 4 中