为了确定天球上某一点的位置,必须引入天球坐标系,以天球上任何一个大圆BCDE
地平坐标系 过观测者O (天球中心)的铅垂线,延伸后与天球交于两点,朝上的一点Z 称为天顶,朝下的一点Z 称为天底(图2
过天顶Z 和天体作一垂直圈,它与地平圈交于垂足D 点,则天体 在地平坐标系中的第一坐标就是大圆弧D 或极距 Z .D =h 称为地平纬度,又称地平高度,简称高度；而Z= 称为天顶距.地平高度也可以用平面角OD 来量度,而天顶距也可以用平面角OZ 来量度.天球上与地平圈相平行的小圆称为地平纬圈,也称平行圈.同一地平纬圈上任意点的地平高度都是相同的,因此可以称为等高圈.南点S 与垂足D 之间的大圆弧SD =a ,是地平坐标系中的第二坐标,称为地平经度或天文方位角,简称方位角.方位角也可以用平面角SOD 来量度,天文学中习惯从南点起按顺时针方向量度.以地平圈为基圈、子午圈为主圈、南点为主点的坐标系称为地平坐标系.由于周日视运动,天体的地平坐标不断发生变化.另一方面,对不同的观测者,由于铅垂线方向的不同,就有不同的地平坐标系,同一天体也就有不同的地平坐标.这种随测站而异的性质使记录天体位置的各种星 1表不能采用地平坐标系统.
赤道坐标系 地球赤道平面延伸后与天球相交的大圆,称为天赤道.天赤道的几何极称为天极.天赤道是赤道坐标系中的基圈,北天极P 是赤道坐标系的极
由于所取的主圈、主点以及随之而来的第二坐标的不同,赤道坐标系又有第一赤道坐标系和第二赤道坐标系之分.第一赤道坐标系的主圈是子午圈,主点是天赤道与子午圈在地平圈之上的交点F ,天体的第二坐标是大圆弧FB =t 或球面角FP ,t 称为天体的时角.由主点F 开始按顺时针方向量度时角t ,从0°～360°,或从0～24.周日运动不会改变天体的赤纬,而仅仅使时角发生变化.第二赤道坐标系的主点是春分点,它是黄道对赤道的升交点,过春分点的赤经圈就是该坐标系的主圈,春分点的时圈与天体时圈之间的球面角 P 或大圆弧B =α,是天体在第二赤道坐标系中的第二坐标,称为天体的赤经,赤经α是由春分点开始按逆时针方向量度的,从0°～360°,或从0～24.第一赤道坐标系是右旋坐标系,第二赤道坐标系为左旋坐标系.
天体的周日运动不影响春分点与天体之间的相对位置,因此也就不会改变天体的赤经和赤纬,而在不同的测站、不同的观测时间,天体的时角却是变化的.所以,在各种星表中通常列出的都是天体在第二赤道坐标系中的坐标——赤经和赤纬,供全球各地的观测者使用.
黄道坐标系 在研究太阳系内各种天体的运动情况时,要用另一种天球坐标系,即黄道坐标系
地球绕太阳公转的轨道平面是黄道坐标系中的基本平面,称为黄道面.黄道面与天球相交的大圆称为黄道,它是太阳周年视运动轨迹在天球上的投影.黄道与天赤道在天球上相交于两点,这两点称为二分点.其中,太阳沿黄道从赤道以南向北通过赤道的那一个交点称为春分点,另一个交点称为秋分点.黄道上与二分点相距90愕牧降愠莆恋恪F渲些o在赤道以北的为夏至点,在赤道以南的为冬至点.黄道的两个几何极称为黄极,按其所处的天区位置不同,又有北黄极、南黄极之分.黄道是黄道坐标系中的基圈,北黄极为黄道坐标系的极.黄道与赤道的交角ε 称为黄赤交角,它是黄极与天极之间的角距离,ε =23°27.
天球上与黄道平行的小圆称为黄纬圈.过黄极的大圆称为黄经圈,它是黄道坐标系的副圈,所有的黄经圈都与黄道垂直.在黄道坐标系中,以过春分点的黄经圈为主圈,春分点便是主点.以黄道为基圈、春分点为主点以及过春分点的黄经圈为主圈的坐标系,称为黄道坐标系.
天体的黄经圈与黄道交于D 点,大圆弧D =β或平面角OD 就是天体在黄道坐标系中的第一坐标,称为黄纬.由黄道向南北黄极分别计算黄纬,从 0°～±90°,在黄道以南的黄纬取为负值.过春分点的黄经圈和天体黄经圈之间的球面角E 或黄道上的大圆弧D =λ,是天体黄道坐标系中的第二坐标,称为黄经.从春分点起沿黄道量度黄经,从0°～360°,黄经的量度方向是逆时针的,也就是从春分点向夏至点方向量度.黄道坐标系属于左旋坐标系.黄道坐标系的基圈和主圈随著旋转天球一起作周日运动,同第二赤道坐标系相似,天体的黄道坐标不会因观测时间和观测地点的不同发生变化.
银道坐标系 在有关恒星动力学和星系结构的某些理论工作中,常常采用一种球面坐标系——银道坐标系
银河系的主要部分是一个扁平的圆盘状结构,它的平均平面称为银道面.银道面是银道坐标系的基本平面,它与天球相交的大圆称为银道,也就是银道坐标系中的基圈.天球上与银道相平行的小圆称为银纬圈.银道的几何极称为银极,又有南、北银极之分.作为银道坐标系的极是北银极L ,过两个银极所作的半个大圆称为银经圈,也就是银道坐标系中的副圈.所有的银经圈都与银道相垂直.银道与天赤道在天球上相交于两点.由北银极向银道面看去,按逆时针方向从赤道以南向北通过赤道的那一个点,称为银道对天赤道的升交点；另一点就是降交点.1958年以前,采用银道升交点作为银道坐标系的主点,过该点的银经圈就是这一坐标系的主圈.
天体的银经圈与银道交于B 点,大圆弧B =b 就是天体在银道坐标系中的第一坐标,称为银纬.由银道起沿银经圈向南北银极分别量度银纬b ,从0°～±90°,南银纬取为负值.过升交点的银经圈与天体的银经圈所交的球面角L 或银道上的大圆弧B = ,是天体在银道坐标系中的第二坐标,称为银经.1958年以前,银经由升交点起算,从0°～360°.量度方向是逆时针的,银道坐标系也是一种左旋坐标系.
由于银道面是银河系的平均平面,需要对银道的位置作出比较准确的测定.银道坐标系的空间定向用银极的赤道坐标来确定.1958年以前,北银极在赤道坐标系中的坐标取为：
赤经 A =1240=190°
(1900.0历元).
赤纬 D =+28°
这样规定的坐标系称为旧银道坐标系,系统内的银道坐标用、b 表示.银道与赤道的交角i =62°,称为银赤交角,升交点的赤经为1840.在1958年国际天文学联合会第十届大会上,根据新的观测资料,规定北银极赤道坐标的新值为：
赤经 A =1249=192°15
(1950.0历元).
赤纬 D =+27°24
同时规定,银经不从升交点量起,而取银河中心方向(人马座)为银经的起算点,该方向在旧系统内的坐标为：
=32769, b =-140 .
量度方式仍按左旋坐标系的规定.这样规定的坐标系称为国际天文学联合会银道坐标系,该坐标系内的银经、银纬用、b 表示,以别于旧系统内的、b .
各种天球坐标系之间的关系 第一赤道坐标系和第二赤道坐标系的关系 这两种系统的第一坐标都是赤纬,它们的第二坐标,即时角t 和赤经α之间的关系为：
s =t +α,
式中s =F 为春分点Υ 的时角,即测站的地方恒星时.
地平坐标系和赤道坐标系之间的关系 可根据图 2的球面三角P Z 用球面三角的公式来表示：
cosz =sin sin +cos cos cost ,
sinα sinz =cos sint ,
cosα sin =-cos sin +sin cos cost ,
式中 =Z 为天体的天顶距； =90°－PZ 为测站的地理纬度.
赤道坐标系和黄道坐标系之间的关系 黄道坐标系在天体力学中有广泛的用途,但天体的黄道坐标通常不是直接观测量.另一方面,用黄道坐标表示的某些理论结果,也往往要先化为赤道坐标,然后才能实际应用.因此,必须建立这两种坐标系之间的转换关系.黄道坐标系和赤道坐标系之间的转换,可根据图3按球面三角的有关公式来完成.
赤道坐标系和银道坐标系之间的关系 天体的银道坐标也不是直接观测量,对某些恒星天文工作,需要建立其同赤道坐标之间的联系.这种联系,可根据图4用球面三角的有关公式来完成.银道坐标与赤道坐标之间的转换并不要求有很高的精度,有专门的换算表可用,这一点与
