今天终于要讲到描述天体位置的天球坐标系了。天球坐标系是一个比较大的话题，会连续发好几期，今日先开一个引子，坐标系的互相转换的例子、程序都会在后续逐步展开。
中国古代赤道坐标系天球坐标系的发展历史实际上比较久远，我们中国古代很早就开始使用了赤道坐标体系了，从浑仪开始使用的年代起，这个体系就已经开始建立了。
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这是一幅中国古代星空天体坐标的示意图。其中，X是二十八宿某个宿的距星，是一颗恒星，那么 的位置可以描述为“去极度，入宿度'。在这里，需要注意的是，中国古代的度数不同于今日所说度数，中国古代的度数是一周365.25度，而今天是360度，二者也是容易做转换的。
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《三垣列舍入宿去極集》（郭守敬星表）上图展示了北斗八颗星的位置数据：比如，天枢去极25.3度，入张宿15度。
地平坐标系（Horizontal Coordinate System）地平坐标系（又称方位高度坐标系或AltAz坐标系）是一种以观测者所在地为原点、基于当地地平圈定义的坐标系，主要用于描述天体在天空中的瞬时位置。它是天文观测、卫星跟踪和导航中最直观的参考系之一。
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A Practical Guide to Observational Astronomy （2021）基本定义地平坐标系以观测者的位置为中心，定义了两个主要坐标：
高度角（Altitude, 或 ）：天体相对于地平线的仰角，范围从 （天底）到 （天顶）。方位角（Azimuth, ）：天体相对于正北方向（或正南，取决于定义）的水平角度，范围从 。关键参考面和方向
地平圈（Horizon）：观测者所在位置的切平面，与重力方向垂直。天顶（Zenith）：观测者正上方的点（）。天底（Nadir）：观测者正下方的点（）。子午圈（Meridian）：通过天顶、天底和南北方向的垂直大圆。天顶角：高度角的余角（）坐标计算地平坐标 可以通过其他坐标系（如赤道坐标系）转换而来，转换需考虑：
观测者的地理纬度（）地方恒星时（LST, Local Sidereal Time）天体的赤道坐标（赤经 、赤纬 ）特点优点
直观：直接反映天体在天空中的可见位置。适用于观测：望远镜（如地平式望远镜）和雷达系统常使用该坐标系。缺点
随时间变化：由于地球自转，天体的 会不断变化。依赖观测者位置：不同地点的地平坐标不同，无法用于全球统一的星表。应用天文观测：用于望远镜的指向。计算日出/日落、月升/月落的方位和高度。卫星跟踪：地面站使用地平坐标系跟踪低轨卫星（如Starlink）。导航：航海和航空中用于天体导航（如六分仪测量太阳高度）。大气研究：计算大气折射对天体位置的影响（需修正地平高度）。修正因素在实际观测中，地平坐标需考虑：
大气折射（Refraction）：近地平线的天体高度会被大气弯曲抬高（需修正）。视差（Parallax）：近地天体（如月球）的地平坐标会因观测者位置不同而略有变化。地平坐标系是最直观的天体定位系统，适用于地面观测，但其坐标会随时间和地点变化。在天文学、航天和导航中，常需将其与其他坐标系（如赤道坐标系）结合使用。
总结地平坐标系的一个重要应用就是，可以直观的展现观测目标（日月星辰）的圣落。
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《时空参考系》(2015)比如我们可以通过计算太阳正午的位置，获得高度角，进而模拟计算出日影的长度，可以还原我们古代的天学家是如何进行立表测影的。
赤道坐标系（经典体系）在这里我们先讲下经典体系下的赤道坐标系，后文再讲解下ICRS为代表的新的天文参考系体系。
赤道坐标系（Equatorial Coordinate System）是现代天文学中最常用、最核心的天球坐标系统之一。它以地球自转轴和赤道为参考，是描述恒星和其他天体在天球上位置的基础系统。
🌐 定义和结构
赤道坐标系是一个以地心为原点、参考地球自转轴和赤道建立的天球坐标系，其结构非常类似于地理坐标系。
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A Practical Guide to Observational Astronomy （2021）名称符号类比于地理坐标范围描述赤经RA (α)经度0h–24h（或0–360°）天赤道上的角度，从春分点起，向东测量赤纬Dec (δ)纬度−90° 至 +90°相对于天赤道的角距离（北正南负）🌀 坐标轴说明与空间结构
原点：天球中心，通常设为地心；赤道面：延伸地球赤道至天球上，称为“天赤道”；极点：天球上的北天极与南天极，是地轴延长线的交点；本初子午圈：以春分点（黄道与赤道交点之一）为起点的子午圈，是 RA=0 的起始线；赤经方向：绕天球向东测量；赤纬方向：垂直于天赤道，正方向指向北天极。春分点的作用与岁差章动
🌸 春分点（Vernal Equinox，♈︎）
是太阳每年穿越天赤道从南到北的点；是赤经测量的“零点”（RA = 0）；由于地轴长期的岁差运动，春分点会沿黄道西移，大约每 25800 年一圈。🔁 岁差（Precession）与章动（Nutation）（后有专门将岁差和计算的文）
岁差：地轴像陀螺一样在天球上缓慢绕黄极旋转，造成春分点每年移动约 50.3″；章动：较短期的小幅摆动，由月球和太阳的引潮力引起；这些使得天体的赤道坐标会随时间而缓慢改变，因此天文学中要指定“历元”。图片
《Astronomy Today》 8ed历元与赤道坐标系是常关联在一起的，常用历元（Epoch）：
名称对应儒略日时间（TT）J2000.02451545.02000年1月1日 12:00 TTB1950.02433282.4231950年1月0.923 TTJ2050.02469807.52050年1月1日 12:00 TT星表的位置主要以赤道坐标系的格式给出，一般也会标注历元。
黄道坐标系黄道坐标系（Ecliptic Coordinate System）是天文学中一种以太阳轨道为参考的天球坐标系统，主要用于描述太阳、月亮、行星等太阳系天体的运动轨迹和位置。下面是对黄道坐标系的系统性介绍。
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A Practical Guide to Observational Astronomy （2021）黄道坐标系是以地球绕太阳公转的轨道平面（黄道面）为参考平面建立的天球坐标系：
名称符号范围说明黄经λ（lambda）0° ~ 360°沿黄道面自春分点向东测量的角距离（类似经度）黄纬β（beta）−90° ~ +90°垂直于黄道平面方向的角距离（类似纬度）图片
《时空参考系》(2015)空间结构与基准🌀 基准面
黄道面（Ecliptic Plane）：地球绕太阳公转轨道所在的平面；在地心视角下，它是太阳一年在天球上运行的路径。🧭 坐标原点
春分点（♈︎，Vernal Equinox）：黄道面与天赤道的交点之一，也是黄经的起点（λ = 0°）；是太阳每年从南半球过赤道进入北半球的那个点（大约 3 月 21 日）。🧲 极点定义
黄道北极：与黄道面垂直、指向天球北方的方向；它与赤道北极的夹角为约 23.44°，即黄赤交角（obliquity of the ecliptic）。图片
《时空参考系》(2015)银道坐标系银道坐标系（Galactic Coordinate System）是天文学中专门用于描述银河系结构与天体位置的天球坐标系统。它以银河系的中心和平面为参考，使我们能更直观地研究银河系中的恒星、星团、气体云等分布情况。
🌌 定义与坐标元素银道坐标系是一个球面坐标系，使用以下两个主轴定义天体在银河系中的位置：
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Fundamental Astronomy (6ed)
坐标分量符号范围含义银经ℓ（l）0°–360°从银河中心（天蝎座方向）向银河系旋转方向测量的角度，类比地理经度银纬b−90° 至 +90°离银道面的角度，正值指向北银极，负值向南银极📍 坐标原点：太阳所在位置（地心视角），但参考方向指向银河中心。
📌 坐标轴定义（IAU 1958 / 更新于 1984 和 2009）：
根据国际天文学联合会（IAU）定义：
银道平面：对应于银河系盘面（银河盘）；银道中心方向（l=0°）：指向人马座A，即银河系中心；北银极（b=+90°）：约位于武仙座方向。🔢 现代精确定义（IAU 2000标准）以 ICRS 为基础，IAU 给出以下定义：
银道北极在 ICRS 中的位置：
赤经 α = 192.85948°（12h51m26.275s）赤纬 δ = +27.12825°银经零点（l = 0°）在天赤道上的投影点：
赤经 α = 266.4051°（17h45m37.2s）赤纬 δ = −28.936175°这些定义将银道坐标嵌入在 ICRS 中，使其能与其他坐标系统（如赤道坐标）精确转换。
📷 银河系结构与银道坐标的意义银河系是一个棒旋星系，大部分恒星、星际气体、星团等分布在银道面附近（b ≈ 0°）；银经和银纬能直接反映天体相对于银河结构的位置；射电、红外、X射线等大尺度巡天图通常使用银道坐标系展示。🛰 应用领域应用方向原因与优势银河系结构研究银河盘、中心、恒星分布、分子云等沿银道面分布明显星际介质与气体CO、HI等谱线观测图常以银道坐标呈现星系动力学模拟以银河系为参考系更直观宇宙射线与暗物质源自银河系中心或银道对称区域的研究需要银道表达🔁 与其他坐标系的关系坐标系基准面原点适用范围赤道坐标系地球赤道面地心天文通用黄道坐标系地球公转轨道地心太阳系天体银道坐标系银河盘面地心视角银河系结构研究ICRS类星体方向太阳系质心高精度天体测量 本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。a股杠杆平台提示：文章来自网络，不代表本站观点。
