人類認(rèn)識(shí)世界都是從定性的過(guò)程過(guò)渡到定量的過(guò)程。老郭在本文前面兩篇文章里面介紹春季和夏季星空的時(shí)候給出的是亮星的位置、星星之間的相互位置關(guān)系等，這樣的描述就很適合新入門的天文愛(ài)好者作為觀星的入門參考。

        星星和我們的距離有遠(yuǎn)有近，我們看到的是它們好像是在一個(gè)巨大的圓球球面上的投影，這個(gè)假想的圓球就稱為天球，它的半徑是無(wú)限大。而地球就懸掛在這個(gè)天球中央。在天文學(xué)上，為了定量地給出星空的確切描述，確定天體的位置和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，天文學(xué)家們規(guī)定了天球坐標(biāo)系。根據(jù)不同的用途，有不同的天球坐標(biāo)系。這個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)以假想的天球?yàn)榛A(chǔ)建立起諸如地平坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系、銀道坐標(biāo)系等坐標(biāo)系。

一、天球

        天球（celestial sphere，圖6.1）是天文學(xué)家為了準(zhǔn)確形容天上星體的位置和運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)假想的圓球面。天球的中心點(diǎn)可以根據(jù)觀測(cè)的需要任意選取，比如觀測(cè)者、地心、日心等；天球的半徑為任意長(zhǎng)，可以當(dāng)做數(shù)學(xué)中的無(wú)窮大。通過(guò)天球中心（如地心）與天體的連線把天體投影到天球面上，該點(diǎn)就是天體在天球上的位置。

         天球可以有助于把天體方向之間的相互關(guān)系轉(zhuǎn)化為求面上點(diǎn)與點(diǎn)之間的弧線段。通過(guò)在天球上建立參考坐標(biāo)系并應(yīng)用球面三角學(xué)的方法易于對(duì)這些關(guān)系進(jìn)行研究。這套坐標(biāo)系統(tǒng)和地球上慣用的經(jīng)緯度坐標(biāo)十分相似，天球上的方向同樣是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，是地球上的方向的延伸。

圖6.1 假想天球

        在天球上也有距離，用角度來(lái)表示，而不是直線距離。比如，織女星和牛郎星之間相距為16.4光年，但是在天球上，只能看到他們之間相距約35°。所以天球上的距離，實(shí)際上是天體之間方向上的夾角，而不是真實(shí)的直線距離。

二、地平坐標(biāo)系

        以觀測(cè)者O 為天球中心，過(guò)天球中心的鉛垂線﹐延伸后與天球交于兩點(diǎn)，朝上的一點(diǎn)Z 稱為天頂﹐朝下的一點(diǎn)Z' 稱為天底。過(guò)天球中心并與天頂與天底連線相垂直的平面稱為地平面。地平面與天球相交形成的大圓稱為地平圈。天頂是地平圈的極，也是地平坐標(biāo)系的極。地平面是地平坐標(biāo)系（horizontal coordinate system）的基本平面。

         經(jīng)過(guò)天頂?shù)娜魏未髨A稱為地平經(jīng)圈或垂直圈；天球上與地平圈相平行的小圓稱為地平緯圈﹐也稱平行圈。同一地平緯圈上任意點(diǎn)的地平高度都是相同的﹐因此可以稱為等高圈。

圖6.2 地平坐標(biāo)系表示天體的方位和高度

        天文學(xué)中習(xí)慣從南點(diǎn)起按順時(shí)針?lè)较蛄慷?。以地平圈為基圈。子午圈（過(guò)北天極的地平圈）為主圈，南點(diǎn)為主點(diǎn)的坐標(biāo)系稱為地平坐標(biāo)系。由于周日視運(yùn)動(dòng)﹐天體的地平坐標(biāo)不斷發(fā)生變化。另一方面﹐對(duì)不同的觀測(cè)者﹐由于鉛垂線方向的不同﹐就有不同的地平坐標(biāo)系﹐同一天體也就有不同的地平坐標(biāo)，各種星表不能采用地平坐標(biāo)系統(tǒng)。

三、赤道坐標(biāo)系

         這套坐標(biāo)系統(tǒng)把天球分為赤緯及赤經(jīng)。赤緯的算法是從天球赤道開(kāi)始至兩極止，天球赤道（圖6.3）是0度，向北至天球北極是+90 度， 向南至天球南極是 -90 度。赤經(jīng)的算法較特別，和地球經(jīng)度（由-180度至+180度）的算法不同， 赤經(jīng)是在天球赤道自西向東由0小時(shí)至24 小時(shí)。和時(shí)間一樣，赤經(jīng)的每小時(shí)可分為60分，每分可再細(xì)分為60秒（注：赤經(jīng)的分秒并不等于角度用的角分角秒） 。赤經(jīng)計(jì)算的起點(diǎn)為春分點(diǎn)，春分點(diǎn)是天球赤道和黃道的兩個(gè)相交點(diǎn)其中一個(gè)（另一個(gè)是秋分點(diǎn)）。

圖6.3 天球赤道坐標(biāo)系  春分點(diǎn)

        由于所去的主點(diǎn)以及隨之而來(lái)的經(jīng)向坐標(biāo)的不同，赤道坐標(biāo)系又粉第一赤道坐標(biāo)系和第二赤道坐標(biāo)系。第一赤道坐標(biāo)系又被稱為時(shí)角坐標(biāo)系，與觀測(cè)者有關(guān)。主點(diǎn)取為天赤道與觀測(cè)者的天頂以南那段子午圈的交叉點(diǎn).從主點(diǎn)起沿著天赤道量到天球上一點(diǎn)的赤經(jīng)圈與天遲到焦點(diǎn)的弧長(zhǎng)為經(jīng)向坐標(biāo)，稱為時(shí)角。時(shí)角從0°±180°或從0~±12小時(shí)來(lái)計(jì)量，向東為負(fù)，向西為正。天體因周日視運(yùn)動(dòng)，時(shí)角不斷變化。

         第二赤道坐標(biāo)系也簡(jiǎn)稱赤道坐標(biāo)系，它的主點(diǎn)取為春分點(diǎn)。從春分起沿著天赤道逆時(shí)針?lè)较蛄康教烨蛏弦稽c(diǎn)的赤經(jīng)圈與天赤道焦點(diǎn)的經(jīng)向坐標(biāo)，稱為赤經(jīng)。赤經(jīng)從0°~360°或0~24小時(shí)計(jì)量。天體的赤經(jīng)和赤緯，不因周日視運(yùn)動(dòng)或不同的觀測(cè)地點(diǎn)而改變，所以各種星圖通常使用赤道坐標(biāo)系。

四、黃道坐標(biāo)

        在研究太陽(yáng)系內(nèi)各種天體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)﹐要用另一種天球坐標(biāo)系﹐即黃道坐標(biāo)系（圖6.4）。地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道平面是黃道坐標(biāo)系中的基本平面，稱為黃道面（太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌道）。黃道面與天球相交的大圓稱為黃道。黃道面是黃道坐標(biāo)系（ecliptic coordinate system）的基本平面。黃道的幾何極稱為黃極，與北天極鄰近的黃極即為北黃極是黃道坐標(biāo)系的極。

        天球上與黃道平行的小圓稱為黃緯圈。過(guò)黃極的大圓稱為黃經(jīng)圈﹐它是黃道坐標(biāo)系的副圈﹐所有的黃經(jīng)圈都與黃道垂直。在黃道坐標(biāo)系中﹐以過(guò)春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈為主圈﹐春分點(diǎn)便是主點(diǎn)。以黃道為基圈﹑春分點(diǎn)為主點(diǎn)以及過(guò)春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈為主圈的坐標(biāo)系﹐稱為黃道坐標(biāo)系。

圖6.4 黃道坐標(biāo)系

         黃道與天赤道在天球上相交于兩點(diǎn)﹐這兩點(diǎn)稱為二分點(diǎn)。其中﹐太陽(yáng)沿黃道從赤道以南向北通過(guò)赤道的那一個(gè)交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)﹐另一個(gè)交點(diǎn)稱為秋分點(diǎn)。黃道上與二分點(diǎn)黃經(jīng)度數(shù)相差90°的點(diǎn)，在赤道以北的為夏至點(diǎn)﹐在赤道以南的為冬至點(diǎn)。黃道與赤道的交角ε 稱為黃赤交角﹐它是黃極與天極之間的角距離﹐ε =23°27。黃經(jīng)從0°~360°計(jì)量，黃緯從0°~±90°計(jì)量。