古人觀測天象導致歷法的誕生，以便把時間牢牢地掌握在自己的手中。所謂的觀測天象，就是觀測日月五星在天空中的運行規(guī)律。而對日月五星的觀測，就需要確定天體在“天球”（古人說的天球來源于渾天說，與現(xiàn)代天文學天球的概念十分接近））上的準確位置，于是誕生了三大坐標體系。
這是一種最直觀的天球坐標系，和我們的日常天文觀測最為密切。它是以天頂、地平圈、四方點和子午圈為基礎(chǔ)建立的坐標系，我們通過觀察天體的地平方位角和地平高度角來確定其位置。
地軸無限延伸就是天軸，天軸與天球有兩個交點，最北端的與地球北極對應的點叫北天極，最南端的與地球南極對應的點叫南天極。觀測者所在的地平面無限延伸與天球相交的大圓，叫地平圈。從觀測者所在的地點，作垂直于地平面的直線并無限延長，在地平面以上與天球相交的點，稱為天頂；在地平面以下與天球相交的點，稱為天底。靠近北天極的點叫北點，靠近南天極的點，叫南點。根據(jù)坐北朝南、左西右東的原則，可以確定觀測者所在的東點和西點，這樣就確定了地平圈上的東、西、南、北四方點。
通過北點、南點的地平經(jīng)線圈，叫做子午圈。子午圈被天頂和天底平分成兩個180°的半圓。以北點為中點的半個圓弧，稱為子圈，以南點為中點的半個圓弧，稱為午圈。
地平方位角指的是地平經(jīng)度，它是一種二面角，即觀測天體所在的地平經(jīng)線圈平面與子圈所在的平面之間的夾角。以子圈所在的平面為起始面，順時針方向度量。為了觀察方便和習慣，我們一般在地平圈上進行方位的度量，以北點為起點，按順時針方向度量。伸出左手，大拇指向上指向天頂，其余四指并攏的方向就是度量方向。很顯然，北點為0°，東點為90°，南點為180°，西點為270°。
地平高度角指的是地平緯度，它是一個線面角，即觀測者和天體的連線與地平圈的夾角，類似于我們常說的仰角和俯角。因此，地平高度角在計算時分正負。出現(xiàn)負值，表明天體位于地平圈以下，即位于恒隱圈內(nèi)。
天體的高度角在地平經(jīng)線圈上度量，從地平圈起算，到天頂為[0°，90°]，到天底為[0°，-90°]。工程中用的經(jīng)緯儀可以直接測出天體的高度和方位。
在這里有必要說一下，我們熟悉的球面坐標系統(tǒng)中的經(jīng)度和緯度。
所謂的經(jīng)度，是指地球面上一點和兩極連線的所在平面與0°經(jīng)線（本初子午線）所在的平面之間的夾角，所以它是一個二面角。公元1884年，國際上規(guī)定把通過英國倫敦近郊的格林尼治天文臺舊址的經(jīng)線作為計算經(jīng)度的起點，即0°經(jīng)線。在它東面的，稱為東經(jīng)，共180°，在它西面的，稱為西經(jīng)，共180°。
所謂的緯度，是指地球面上一點和地心的連線與赤道平面之間的夾角，所以它是一個線面角。從赤道向兩極方向，分北緯和南緯，大小范圍為[0°，90°]，所以也叫地心緯度。
將地球表面點投射到地球橢球體上，投影點法線方向與赤道平面的夾角，叫大地緯度。所在地的鉛垂線（大地水準面法線）與赤道平面之間的夾角，叫天文緯度。
有人會問，地平方位角為啥以北點為起點呢？這是因為我國位于北半球，傳統(tǒng)的觀象授時，基本方法是觀測南中天的恒星，面向南方，背面就是北方，左邊就是西方，右邊就是東方。河圖中天一生水的“一”，十二地支的“子”，一歲起始的冬至，古代冬至點所在的牽牛初度，都是從正北開始，順時針從北到東、到南、到西，最后再回到北，循環(huán)往復。
地平坐標系應用比較廣，例如天文儀器中的圭表、日晷。
以黃道為基本圈，以經(jīng)過春分點的黃經(jīng)圈為始圈，以春分點為原點建立的坐標系。它的經(jīng)度叫黃經(jīng)，是指春分點所在的黃經(jīng)圈平面與天體所在的黃經(jīng)圈平面之間的夾角，所以是一個二面角。以春分點所在的黃經(jīng)圈為起始圈，沿黃道以逆時針方向用角度度量，大小范圍為[0°，360°]。
它的緯度叫黃緯，是指天體和天球中心的連線與黃道平面之間的夾角，所以是一個線面角。以黃道面為起點，向北度量為[0°，90°]，向南度量為[0°，-90°]。
通過觀測點垂直于黃道面的直線與天球相交的兩個點，叫黃極，距北天極較近的點稱為黃北極，距南天極較近的點稱為黃南極。黃北極與黃南極的連線就是黃軸。
什么是黃道？我們再復習一遍，是指太陽周年視運動的軌跡，也就是我們在地球上看到的太陽一年所走過的路徑，即太陽周年運動的軌跡與天球相交的大圓。黃道與天赤道平面相交于春分點與秋分點。
但要注意的是，最早的時候，古人沒有把這條路徑命名為“黃道”，而是安排了二十八個星宿，并把星宿當作太陽和月亮的驛站。
又叫時角坐標系，以赤經(jīng)和赤緯來表示天球上任意天體的位置。赤經(jīng)是指通過春分點的赤經(jīng)圈與通過天體的赤經(jīng)圈在北天極所夾的角度，或在天赤道上所夾的弧長，現(xiàn)代天文習慣上從春分點起沿天赤道向東計算，從0h到24h。
赤緯是指天體的位置和天球中心的連線與天赤道平面的夾角，可以理解為緯度在天球上的投影。天赤道為0°，向北至北天極為+90°，向南至南天極為-90°，注意正負號必須標明。
在我國古代，赤道坐標系被稱為渾天系。渾天系將天地看成一個整體，把這個整體比喻為一枚雞卵（雞蛋），地球就是卵黃（蛋黃），環(huán)繞地球的天穹就是卵白（蛋白）和卵殼（蛋殼）。
渾天系認為地體（大地的形體，即地球）為天地的球心，以南、北兩極為軸心，是天地的中心，以地球表面向四面八方延伸的太空為上下四方，北天極在上，南天極在下，將二十八星宿分成四組為四方之地，環(huán)繞黃道一圈，以二十八星宿所標示的周天365.25°等分十二辰作為時間的坐標，并在卵殼上標記日月星辰的運行度數(shù)。
所謂的十二辰，是古人沿天赤道從東向西將周天等分為十二個部分，這十二個部分用十二地支來表示。它表示夏歷一年十二個月的月朔時，太陽所在的位置。與十二星次的順序剛好相反。
與現(xiàn)代天文概念不同的是，我國古代的赤道坐標系繼承二十星宿記錄位置的傳統(tǒng)，用去極度和入宿度來確定天體的位置。
所謂去極度，是指待測天體與北天極的角度距離，也就是赤緯。
所謂入宿度，是指待測天體與二十八星宿某宿距星的赤經(jīng)差。
二十八宿中每宿都有一顆作為測量其他恒星的標準星，叫做距星。
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