天球坐标
地球地理坐标与天球坐标
图1-17 球面坐标的一般模式 由基圈、始圈和终圈构成球面三角形
两大类天球坐标系
❖ 右旋坐标系：与天球周日运动（地球 自转）联系，向西；
❖ 左旋坐标系：与太阳周年运动（地球 公转）联系，向东。
二、地平坐标系
❖ 用途：表示天体在天空中的高度和方 位；
❖ 圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈 ；
❖ 基本要点：
• 二至点： 黄道上与二分点相距90度的另两个点。 夏至点；冬至点
四、天球上的方向和距离
方向：地球上方向的延伸； 东西方向：俯视天北极，逆钟向为东； 判断：右手定则。 距离：只有角距离。
图1-15 天球上的方向
图1-16 天球上的距离
天球坐标
一、球坐标系的一般模式 以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形； 纵坐标即纬度； 横坐标即经度。
❖ 经度的间隔，随纬度增高而减小； ❖ 与纬度的余弦成反比。 经（纬）度与经（纬）线 ❖ 经度和纬度用来区分不同的经线和纬 线； ❖ 经线即等经度线，纬线即等纬度线。
图1-7 经线的间隔随纬度增大而减小
二、 地理坐标
一地的经度和纬度相结合，叫做该地的 地理坐标。
地理定位，地理坐标与地球上的点一一 对应。
• 纬度：一地的纬度就是该地铅垂线对赤道面的夹角。 ❖纬线相互平行，大小不等;赤道是最大纬圈。 ❖赤道(equator)： 0°。
二、经线(meridian)=经度(longitude)
• 经线圈：所有经过地轴的平面，和地球表面相交 而成的圆，就是经线圈。每个经线圈都包含两条 相差180度的经线，一条经线则只是一个半圆弧。 ❖经线都是大圆的一半，都在两极相交，大小相 同； ❖本初子午线：通过英国Greenwich(格林尼治) 天文台经线（1884年确定），0°
天球坐标
不同点：
基圈 原点 高度与赤纬 方位与时角
天球坐标的区别—地平坐标系与第一赤道坐标系
仰极高度=天顶赤纬=当地纬度
天球坐标的区别—第二赤道坐标系与黄道坐标系
相同点： 左旋 经度：向东 原点：春分点
不同点：
基圈 始圈 赤纬与黄纬 赤经与黄经
天球坐标的区别—第一赤道坐标系与第二赤道坐标系
相同点： 基圈 纬度
天球的周日运动：方向向西，日
转一周； 太阳的周年运动：方向向东，每 年巡天一周。
天球上的圆和点
天顶（Z）
上点（Q） 东 北 西 下点（Q′） 地平圈 南
天底（Z′）
天球上的圆和点
天北极（P）
秋分点 （9月23日）
夏至点（6月22日） 黄赤交角（23°26′）
天赤道 春分点 （3月21日） 冬至点（12月22日）
球面系统概说
球面系统概说
球面坐标系 (横坐标、纵坐标)
球面上任意一点，相对于基圈
的方向和角距离，用纬度表示。
球面上任意一点所在辅圈 平面相对于始圈平面的方 向和角距离，用经度表示。
球面系统概说
球面三角形： 三边：属于三个大圆
（基圈、始圈、终圈）
三点：极点、原点、 介点 基圈和始圈，分别是 坐标系的横轴和纵轴，
基圈：天赤道
原点：上点 基本要点 始圈：午圈
纬度：赤纬（δ）(0°—±90°，余 角为极距（p）)
经度：时角（t）(经圈改称时圈,自上 点沿天赤道向西度量，与时俱增)
第二赤道坐标系（赤纬和赤经）
用途
表示天体在天球上相对不变 的位置，用于编制星表。
圆圈 系统
天赤道、二分圈、二至圈。
第二赤道坐标系（赤纬和赤经）
天球坐标
指在同一时刻，星空因季节而不同。
星空运转的规律
•地球自转导致整个星空从东向西围 绕我们运转一周，恒星每小时自西向 东运行15°，每4分钟1°； •地球绕太阳的公转，每年365天转一 周（360°）每天约移动1°，这导致 恒星每天大约提前4分钟升出地平线， 或者过中天。
天底：观测者的脚底无限延伸
天球的视运动
对于地球观测者：天球围绕我们以与地 球自转相反的方向（向西），和相同的 周期（1日）旋转； 天球周日运动； 周日圈：天体周日运动行经的路线，天 体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。
1.
星空周日变化
指星空因时刻而不同。即星座的东升西 落。 2. 星空季节变化
地球上的方向
经线代表南北方向
北：沿经线指向北极
C A
N
南：沿ห้องสมุดไป่ตู้线指向南极
纬线代表东西方向
东：顺地球自转方向
•o
B
西：逆地球自转方向
S
天球的概念
天顶 天球：以地心为球心半径为任意的假想球体， 表示天体视运动的辅助工具
是整球和圆球； 分地心天球和日心天球。 天穹：地平以上的半个天球 是半球和扁球。
天底 地平圈
图1-7 天球示意图 天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天球上有它们的投影。
天 球
P7
地心：球心 任意远：半径 表示天体视运动
天体的周日运动
日月星辰以 日为周期在天 球上绕地球自 东向西运动的 现象
周 上中天
日 圈
下中天
天体过子午圈叫“中天” 天体周日视运动中，每天两次过中天 子午圈 位置最高（地平高度）叫上中天 地平圈 正北+正南 位置最低叫下中天 + 上中天 白天太阳高度最大时 天顶+天底 太阳正午时所处位置 天顶：观测者的头顶无限延伸
天球坐标系
天球坐标系天球坐标系是天文学中一种重要的坐标系统，用于描述和定位天空中的天体位置。
在天球坐标系中，天球被假定为一个理想的巨大球面，天体的位置则通过球面上的坐标来表示。
这种坐标系在天文导航、天体定位和天文观测等方面有着广泛的应用。
天球和天球坐标系天球是一种天文学上用于描述天体位置的虚拟球面。
在天球坐标系中，天球被假设为一个无限大的球面，其中心位于地球的中心，球面上的任意点表示天空中的一个天体位置。
大多数天文学中的坐标系，如赤道坐标系、黄道坐标系和赤道坐标系，都是建立在天球上的。
天球坐标系的基本要素天球坐标系包括赤道坐标系、黄道坐标系和赤道坐标系等多种形式。
下面将介绍其中比较常见的赤道坐标系和黄道坐标系。
赤道坐标系赤道坐标系是以地球赤道为参考平面构建的坐标系，其基本要素包括赤经和赤纬。
赤经（Right Ascension）是从春分点开始沿赤道向东测量的角度，常用小时、分钟、秒（h、m、s）表示；赤纬（Declination）是从赤道向天顶测量的角度，用度数表示。
赤道坐标系适用于观测恒星、星系等远离太阳系的天体。
黄道坐标系黄道坐标系是以地球轨道平面为参考构建的坐标系，其基本要素包括黄经和黄纬。
黄经（Ecliptic Longitude）是从春分点开始沿黄道向东测量的角度，用度数表示；黄纬（Ecliptic Latitude）是从黄道向地平面测量的角度，也用度数表示。
黄道坐标系适用于观测太阳系内行星、彗星等天体。
天球坐标系的转换在天文观测和定位中，有时需要将天球坐标系转换为其他坐标系，例如地平坐标系、赤道坐标系等。
这种转换可以通过数学方法实现，通常需要考虑地球的自转、岁差、章动等因素。
天球坐标系的应用天球坐标系在天文学中有着广泛的应用，例如天体定位、天文导航、天文观测等方面。
通过天球坐标系，观测者可以准确地定位和描述天空中的天体位置，帮助天文学家研究宇宙结构、天体运动等现象。
结语天球坐标系是天文学中重要的坐标系统，用于描述天体在天球上的位置。
第1节-天球坐标
地面真地平 地心真地平
天文定位基本原理
P
A
ht
Z PG
A/
ht
O
B
每观测一天体B均 对应一个天文船位 圆AA′；反之，在 该圆AA′上的测者 在同一时刻，观测 同一天体B的高度 均相等，所以天文 船位圆又称为等高 度圈。
hB=-35
天顶距Z 0180计算：zB=125 h+Z=90º
hPN=
Z
PN
3 地平坐标系
（2）天体方位（A）
圆周法
Z
北点N起，顺时针度量
PN
0360计算 半圆周法
B
N
北半球测者NE或NW
W NW
E
南半球测者SE或SW
SW
S
A
0180计算
如果纬度为0，第一名称
一、天球
2、天球上的基本点、线、圆 天球上的点、线、圈与地球上点、线、圈对应表
地地 地 赤 纬 经
球 轴 北（南） 道 度 度
极
圈圈
格林（测 者所在）
经线
天天 天 天 赤 时 球 轴 北（南） 赤 纬 圈
极 道圈
格林（测 者）午圈
二、天球坐标系
航海上用天体坐标说明天球位置，即：横坐标 和纵坐标来确定位置。
距；
0360计算
GHA=GHA + SHA
Q
GHA=GHA - RA
LHA=GHA
+
SHA
E W
LHA= GHA E W
LHA=LHA + SHA
B
天球坐标的讲解
第二节天球坐标第二节天球坐标天球是人们为研究问题方便而假想的球体，虽然它不是真实存在着的球体，但是天空给予人们的布满天体的球体印象却是非常直观的。
像地表上有圆和点一样，天球上也有圆和点，而且天球上的圆也有大圆和小圆之分。
大圆是以球心为圆心的圆，也就是过球心的平面无限扩展与天球相割而成的圆；小圆则不是以球心为圆心的圆，所有小圆所在的平面，都不通过球心（如图2－10）。
任何一个大圆都有两个极点，极点到大圆上任何一点的角距离都是相等的，都是90°。
当然两个相对应的极点连线与其大圆是垂直的。
天球上也有方向，天球上的方向，是以地球自转为基础，是地球上的方向的延伸。
例如，和地球上经线相对应的南北方向，和地球上纬线相对应的东西方向。
在天球上，也有距离。
但是，只有角距离，而没有直线距离。
例如，织女星和牛郎星，相距为光年，但是在天球上，只能看到它们之间相距约35°。
所以，天球上的距离，实际上是天体之间方向上的夹角，而不是其真实的直线距离。
有了地理坐标系，便可以确定地面上任一地点的位置。
为了确定和研究天体在天球上的位置和运动规律，人们规定了天球坐标系。
根据不同的用途，有不同的天球坐标系。
经常采用的天球坐标系有：地平坐标系、时角坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系。
不同的坐标系，具有各不相同的组成要素。
各种坐标系都是在各自的基本圈和基本点的基础上建立起来的。
因此，基本圈和基本点的确定，是建立天球坐标系最重要的内容，它决定着各种坐标系最本质的特征和不同的用途。
一、地平坐标系地平坐标系是一种最直观的天球坐标系，和我们日常的天文观测关系最为密切。
例如，在晴朗的傍晚，观测者经常可以看到人造卫星在群星间的运行，和大量的流星现象，它们的运行速度都很快，用什么方法能够快速、简便地记录下卫星或流星的位置呢最简便的方法就是记下某瞬间该卫星或流星的地平经度（方位）和地平纬度（高度），这就是我们所要讨论的地平坐标系。
1.基本圈和基本点地平坐标系中的基本圈是地平圈，基本点是天顶和天底。
航海学讲义之天球坐标
天球坐标一、天球坐标1．航用天体navigational celestial body日、月、星辰以及宇宙中其它聚集的自然物质统称为天体celestial body。
航用天体：用于航海定位的,太阳、月亮、四大行星和159颗恒星。
（1）太阳系太阳和环绕它运行的所有天体所构成的庞大系统称为太阳系(solar system)。
①太阳the Sun⑵行星Planets九大行星，按照与太阳距离由近到远的顺序排列，依次为水星(Mercury)、金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)、海王星(Neptune)、冥王星(Pluto)。
四大航用行星：金星最亮，光色辉青；其次是木星，银白色；火星第三，略呈红色；土星较暗，呈橙黄色。
③月球月球是离地球最近的天体，亮度仅次于太阳，是太阳系中仅能用于航海定位的天然卫星。
（2）恒星Star恒星有自行(proper motion)现象。
2．天球上的基本点、线、圈（1）天球celestial sphere天球：以地心为球心，以无限长为半径所作的球面。
天体视位置：延长地心与天体中心的连线交于天球球面上的一点。
（2）天球基本点、线、圈①天轴和天极celestial axis & celestial poles天极：地轴两端无限延长到天球上，与天球相交两点，对应于地北极的一点称天北极P N，对应于地南极的一点称天南极P S，连接P N与P S的直线称天轴。
②天赤道celestial equator天赤道：地球赤道平面无限的扩展到天球上，与天球相交成的大圆称。
天赤道把天球等分成北天半球和南天半球。
天赤道上任意一点到天两极的球面距离为90︒。
③测者天顶observer's zenith、天底nadir和真地平celestial horizon测者铅垂线(plumb line)无限伸长到天球上，相交于天球两点，一点是测者天顶；一点是测者天底。
天文学之天球坐标
天球坐标
1.天球 ⑴ 天球 ：以地心为球心，以任意远为半 径的假想球体，表示天体运动的辅助工具。
是整球和圆球； 分地心天球和日心天球。
天球示意图 天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在 天球上有它们的投影。
⑵天球的视运动
天球周日运动：对于地球观测者：天球围绕 我们以与地球自转相反的方向（向西），和 相同的周期（1日）旋转；
中天
天体在周日视运动过程中，其高度和
方位角都在不断改变。当天体恰在当地子 午圈位置时，叫做天体的中天。
（2）恒星时
春分点和天球上任何一点一样也参加周
日运动。它在天球上连续两次由东向西通过
某地子午圈的时间间隔，叫做恒星日。同时
以春分点上中天的时刻作为起标点。一个恒
星日分为24个恒星小时，一个恒星小时分为
（4）第二赤道坐标系
• (赤经)赤道坐标系(第二赤道坐标系)
基本圈：天赤道、过春分点的时圈 基本点：春分点Υ 赤道坐标：赤经 赤纬
赤经α：由春分点起算，沿天赤道逆时针至 过天体的时圈的角距。( 0 ~ 24h ) 赤纬δ ：由天赤道起算，沿过天体的时圈至 天体的角距。( -90°~ +90°)
Υ
（4）中天与恒星时
2.天球坐标
（1）球面坐标系概说
以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形； 纵坐标即纬度；
横坐标即经度。
（1）地平坐标系
• 用途：表示天体在天空中的高度和方位； • 圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈； • 基本要点：
基圈：地平圈 原点：南点 始圈：午圈 纬度：高度 经度：方位 (0到360度，自南点向西沿地平圈 度量）
仰极高度＝天顶赤纬＝当地纬度
•