天文坐標(biāo)概述
概念：它是通過天文觀測(cè)求得的，而天文觀測(cè)的基準(zhǔn)是測(cè)者的鉛垂線，即通過測(cè)者并與測(cè)者地平平面相垂直的線。因此，天文經(jīng)度是通過測(cè)者鉛垂線，且與地軸平行的平面，即測(cè)者天文子午面與格林子午面之間小于180度的兩面角，而天文緯度則是測(cè)者鉛垂線與赤道面的夾角。天文緯度與地理緯度之差稱為鉛垂線偏差，它是與該點(diǎn)橢圓子午線法線與該點(diǎn)的鉛垂線之間的夾角。它主要是由地表上層120千米之內(nèi)地質(zhì)不均勻而引起的，其最大值可達(dá)20度。
1、表示地面點(diǎn)位置的坐標(biāo)系。有兩個(gè)坐標(biāo)值，即天文經(jīng)度，常以λ表示；天文緯度，常以φ表示。2、確定天體在天球上的位置的坐標(biāo)系。包括地平坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系和銀道坐標(biāo)系四種。
天文坐標(biāo)
一、關(guān)于坐標(biāo)中心
我們一致認(rèn)為在太陽(yáng)系中八大行星圍繞太陽(yáng)系運(yùn)動(dòng)。因此我們常以太陽(yáng)為中心來(lái)考慮問題，并建立以太陽(yáng)或太陽(yáng)系質(zhì)心為中心的坐標(biāo)系。這樣，行星的運(yùn)動(dòng)顯得非常有規(guī)律，行星(包括地球)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)計(jì)算就比較容易一些。如果不以太陽(yáng)為中心，而以地球?yàn)橹行模覀儠?huì)發(fā)現(xiàn)水星、金星的運(yùn)動(dòng)毫無(wú)規(guī)律，不可能是圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，而是在太陽(yáng)附近“擺動(dòng)”。然而，我們不可能站在太陽(yáng)上面進(jìn)行天文觀測(cè)，通常是站在地球上進(jìn)行天文觀測(cè)的，所以我們還需要一套以地球?yàn)橹行牡淖鴺?biāo)系。因此，根據(jù)實(shí)際需要，有時(shí)我們使用“地心”坐標(biāo)，有時(shí)候使用“日心”坐標(biāo)，有時(shí)候使用以觀測(cè)站為中心的坐標(biāo)。
茫茫宇宙，無(wú)邊無(wú)際——宇宙大得讓我們難以想象。宇宙是球形的嗎？我們很難說清楚這個(gè)問題，但是，進(jìn)入我們視野的天空，就象一個(gè)“球”，我們稱它為天球，我們位于天球的中心。這個(gè)球的半徑有多大？半徑很大很大，看成無(wú)窮大也無(wú)妨。太陽(yáng)系內(nèi)星體之間的距離根本不能與天球半徑相比，如果把天球半徑看為1，那么太陽(yáng)系內(nèi)星體間的距離可以看做0。
赤道的概念已被大家熟知?，F(xiàn)在，我們擴(kuò)展一下赤道的概念。赤道平面擴(kuò)展到天球，與天球相交為一個(gè)大圓，這個(gè)圓稱為天赤道。
不管以太陽(yáng)為中心，還是以地球?yàn)橹行?，我們看到的天赤道是相同的，而恒星與天赤道的相對(duì)視位置關(guān)系也是一樣的。為什么呢？因?yàn)椋瑥膸缀螌W(xué)看來(lái)，太陽(yáng)系的尺度太小，不能與天球半徑相比，在太陽(yáng)系中的任何一個(gè)地方，都可以看做天球的中心，所以，恒星之間的視位置關(guān)系以及它們與天赤道之間的視覺位置關(guān)系不會(huì)因?yàn)橹行牡母淖兌l(fā)生改變。
當(dāng)然，恒星并不是真的在天球的表面上，個(gè)別恒星與我們之間的距離不是很遠(yuǎn)，所以，當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)(即“中心”)改變時(shí)，它們的視位置也會(huì)有點(diǎn)變化，這就是我們常說的恒星周年視差。
地月質(zhì)心公轉(zhuǎn)的軌道面，同樣可以擴(kuò)展到天球，得到的交線也是個(gè)大圓，稱為黃道。
雖然赤道與天赤道是不同的兩個(gè)概念，但具體問題所涉及的是“天赤道”還是“赤道”往往是非常明確的(明顯的)，一般不會(huì)產(chǎn)生二意，所以通?！疤斐嗟馈币埠?jiǎn)稱為“赤道”。
天赤道與黃道必然在天球上產(chǎn)生兩個(gè)交點(diǎn)。一個(gè)稱為“春分點(diǎn)”(太陽(yáng)經(jīng)過升交點(diǎn))，一個(gè)是“秋分點(diǎn)”(太陽(yáng)經(jīng)過降交點(diǎn))。“春分點(diǎn)”是天球上重要的參考點(diǎn)。我們描述天體位置，通常是相對(duì)于這個(gè)參考點(diǎn)而言的。
在天球上，并沒有一個(gè)恒星可以直接用來(lái)標(biāo)定春分點(diǎn)的位置，它是看不見也摸不著的，我們?nèi)绾未_定它的位置？有一種方法是：通過數(shù)以千計(jì)的恒星位置，反推出春風(fēng)點(diǎn)在天球上的位置，我們常說的FK5天球坐標(biāo)系統(tǒng)就與它有關(guān)。還有其它方法可以確定春分點(diǎn)，比如動(dòng)力學(xué)方法。由于所用的方法不同，得到的春風(fēng)點(diǎn)也會(huì)有一些微小的差別。在高精度計(jì)算中這些微小的差別是必需考慮的。
地平線——天地的交線，它又是一個(gè)圓。圓中心位于觀測(cè)點(diǎn)。考慮到天球很大，我們可以把圓(以及圓中心)平移到地心或日心，這樣，黃道、赤道、地平線的中心就相同了。也許你會(huì)問，平移后，會(huì)不會(huì)影響日月或恒星在地平坐標(biāo)中的位置？當(dāng)然會(huì)有一點(diǎn)影響，對(duì)恒星的影響可以忽略，對(duì)太陽(yáng)的影響的比較大，對(duì)月亮的影響則很大，不過我們可以通過視差修正的方法來(lái)解決問題。
二、黃道坐標(biāo)與赤道坐標(biāo)
當(dāng)我們?cè)谔烨蛏蠘?biāo)定了赤道、黃道、分點(diǎn)之后，就可得到了兩種基本坐標(biāo)，即赤道坐標(biāo)和黃道坐標(biāo)。
不管是赤道坐標(biāo)還是黃道坐標(biāo)，都有兩種基本的坐標(biāo)形式，即直角坐標(biāo)和球面坐標(biāo)，二者可以通過幾何方法轉(zhuǎn)換。這里重點(diǎn)講述球面坐標(biāo)。經(jīng)過坐標(biāo)中心，作直線垂直于黃道面，交于天球上兩點(diǎn)稱為黃級(jí)(一點(diǎn)在北，一點(diǎn)在南)，這條直線稱為黃軸，經(jīng)過黃軸并與天球相交的大圓稱為黃經(jīng)圈，其中經(jīng)過春風(fēng)點(diǎn)的黃經(jīng)圈的度數(shù)是0或360、720度等，黃經(jīng)圈的度數(shù)稱為黃經(jīng)，自西向東測(cè)量。天體中心與坐標(biāo)中心的連線與黃道面之間的夾角叫做黃緯(在-90度到+90度之間，黃道以北為正)。同樣方法還可以定義赤經(jīng)、赤緯、自轉(zhuǎn)軸、天北極、天南極。赤經(jīng)的起算點(diǎn)也是春風(fēng)點(diǎn)，自西向東測(cè)量。
我們接著來(lái)看日、地在黃道坐標(biāo)中的運(yùn)動(dòng)。以太陽(yáng)系中的任意一點(diǎn)為天球的中心都不影響分點(diǎn)及黃道位置，當(dāng)天球中心為太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)本身的直角坐標(biāo)變?yōu)榱?，沒有經(jīng)緯度，但可以得到地球的經(jīng)緯度，此時(shí)，如果跑到地心看太陽(yáng)，可以得到太陽(yáng)的經(jīng)緯度，這兩個(gè)經(jīng)緯度正好相反(日地連成的直線與天球相交的兩點(diǎn)正好完全相反)：太陽(yáng)經(jīng)度=地球經(jīng)度+180度，太陽(yáng)緯度=-地球緯度。
三、子午圈與時(shí)角坐標(biāo)
經(jīng)過本地天頂?shù)某嘟?jīng)圈稱為本地子午圈。其中經(jīng)過天頂?shù)教毂睒O和天南極的半圈為午圈，另半圈為子圈。
時(shí)角坐標(biāo)系與赤道坐標(biāo)的差別在于經(jīng)度的起算點(diǎn)不同，它的起算經(jīng)度從午圈開始，向西為正。時(shí)角坐標(biāo)系的經(jīng)度稱為時(shí)角。緯度的含義與赤緯相同。
四、恒星時(shí)
地球不斷的自轉(zhuǎn)著，天球子午圈時(shí)刻不斷的變化著，我們必須找到適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)標(biāo)定子午圈在各時(shí)刻的位置。本地恒星時(shí)的定義是一個(gè)地方的子午圈與天球的春分點(diǎn)之間的時(shí)角，各地方的經(jīng)度不同，所以子午圈不同，因此地球上每個(gè)地方的恒星時(shí)都與它的經(jīng)度有關(guān)。恒星時(shí)的參考點(diǎn)是春分點(diǎn)，所以春分點(diǎn)的變化也將對(duì)恒星時(shí)產(chǎn)生影響。由于地球的章動(dòng)春分點(diǎn)在天球上并不固定，而是以18.6年的周期圍繞著平均春分點(diǎn)擺動(dòng)(赤經(jīng)章動(dòng))。因此恒星時(shí)又分真恒星時(shí)和平恒星時(shí)。真恒星時(shí)是通過直接測(cè)量子午線與實(shí)際的春分點(diǎn)之間的時(shí)角獲得的，平恒星時(shí)則忽略了地球的章動(dòng)。真恒星時(shí)與平恒星時(shí)之間的差異最大可達(dá)約0.4秒。
