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图2-1 天球上的基本圈和点
2.2.2几种天球坐标系的简单介绍：
（1）地平坐标系
图 2-2 所示的是地平坐标系，以真地平为基本圈，天顶Z为基本点，南点(S)为原点的坐标系为地平坐标系。任一天体 X，过它作一地平经圈在天体的那一侧与真地平交于 M。方位角 A：从南点 S 沿地平圈顺时针方向量弧长 SM，叫地平经度，也叫方位角，范围 0-360°。地平高度 h： 弧长 MX 叫地平纬度，也叫地平高度，范围 0-(+/-)90°。向北为正，向南为负。天顶距 z：弧 ZX，天体 X 到天顶 Z 的距离。从 Z 算，范围 0-90°。z=90-h。当观测者位置变化时，同一天体地平坐标也会变化；当时间变化时，同一天体地平坐标也会发生变化。由此可知，地平坐标具有地方性。北半球的北天极高度与当地地理纬度相同。
图2-2 地平坐标系
（2）时角坐标系（第一赤道坐标系）
如图 2-3 所示为时角坐标系，以天赤道为基本圈，北天极 P 为基本点，天赤道于天子午圈在南点附近的交点 Q'为原点。过任一天体 X 作赤经圈在天体一侧角天赤道于 T。时角t：从原点Q'开始顺时针度量的弧长Q'T，即过天子午圈与过天体的赤经圈所夹的角，叫时角t，范围 0-359°；有时也用时间时，分，秒表示，范围为 0-24h。赤纬 δ：从 T 延赤经圈度量的弧长 TX 叫赤纬。规定向北为正，向南为负，范围 0-（+/-）90°。观测者选择不同原点，即 Q'不同，T 随天体周日视运动而变化，导致时角 t 随时间和观测地点变化而变化。赤纬 δ 只由天体和天赤道决定，与观测者的观测时间及观测位置无关。
图2-3 时角坐标系
（3）赤道坐标系（又称第二赤道坐标系）
图 2-4 所示为赤道坐标系，与时角坐标系不同，赤道坐标系的原点是春分点γ，而不是 Q'。在赤道坐标系中，过任一天体 X 做赤经圈交天赤道于 T 点。赤经 a：以春分点为起点，沿天赤道逆时针方向计算的弧长 γT 的弧长。范围：0-359°。赤纬 δ：时角坐标系中赤纬定义相同。春分点时角 t=天体赤经 a +天体时角 t。
因为春分点与天体的相对位置不变，所以天体的赤道坐标不随周日时运动变化，也不受观测地点影响。
图2-4 赤道坐标系
（4）黄道坐标系
图 2-5 所示为黄道坐标系。黄道坐标系以黄道为基本圈，北黄极为基本点，春分点为原点。过任一天体 X 做黄经圈交黄道于 D。黄经 λ：自春分点 λ 沿黄道逆时针计量的弧长 λD。范围：0-359°。黄纬 β：自黄道沿黄经圈的弧长 DX，向北为正，向南为负。范围：0-（+/-）90°。黄经与黄纬不随周日视运动及观测地变化而变化。
图2-5 黄道坐标系
2.3 方位角、时角、天顶距、赤纬之间的关系
如图 2－6所示，将地平坐标系和赤道坐标系表示在同在一个天球上，通过某一天体 b 的垂直圈 ZbZ’，子午圈 PzP’与时圈 PbP’构成一个球面三角形 PZb，我们称之为定位三角形。通过天体b 的垂直圈 ZbZ’和时圈 PbP’之间的夹角，即球面角 q 称为天体的星位角。定位三角形的三个顶点为天顶 Z，北极 P 及某一天体 b，三个球面角为方位角 A，时角 t，与星位角 q，三条边为极距p = 90◊°−δ，天顶距 z = 90° −h，即赤纬ϕ = 90 °−ϕ。
图2-6 同一天球上显示的地平坐标和赤道坐标
在定位三角形中，由时角和方位角的定义可知，二者符号始终相反。对于定位三角形 PZb ，由球面三角形公式可以得到天体的方位角与时角、天顶距、赤纬之间的关系。
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