【图文】柱坐标系与球坐标系_百度文库
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柱坐标系与球坐标系
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海淀分局备案编号【天文】教你认识三大天球坐标系！（上）
【天文】教你认识三大天球坐标系！（上）
什么是天球？　　《敕勒歌》有云：天似穹庐，笼盖四野。&　　这八个字形象说明了当我们仰望天空的时候，我们会觉得天仿佛就像一个很大的倒扣的锅。这是因为当双眼聚焦于非常远的物体时，会产生一种距离都一样的错觉。&　　在夜晚也一样。虽然每个肉眼能看到的天体与地球的距离相差十分大，但在我们看来它们似乎都是一样远的。你并不会觉得火星看起来比木星、土星或者其它恒星更近。&　　于是，夜晚的星空在肉眼看来，就像一颗颗星星镶嵌在了一块黑色的幕布上，而这块幕布盖住了整个大地。换句话说，看起来“天”就是一个实体，而行星、恒星、月亮、太阳，就镶嵌在“天”上。&　　在古中国，这种“天似穹庐”的错觉首先让“盖天说”萌芽了。随后，人们经过观察提出了更大胆的假设：“天”应该就是球形的，恒星就镶嵌在“天”上，而行星、太阳、月亮可以在“天”上运动。这就是“浑天说”的雏形。“浑天说”示意图&　　在古希腊，“地心说”也是因为这种错觉而萌芽，并逐渐发展的。值得一提的是，经过托勒密完善的“地心说”堪称是世界上第一个比较科学的宇宙结构学说。&　　虽然现在我们有了更完备的理论，但是这种“天像一个球”的概念由于其直观性和方便性，得到了保留。这就是“天球”。&　　那么现代对于“天球”是如何定义的呢？&　　假想一个半径无限大的球，我们就身处于球内部。由于球的半径无限大，因此无论你随着地球自转、公转运动到了何处，你到球面任意一点的距离都是无穷大，换句话说，无论时间地点，你都处于球心。所有的天体，都视为在这个半径无穷大的球上运动。这就是“天球”。　　上图就是一个天球仪。我们可以看到天球仪和地球仪有几分相似。但要注意的是，这个天球仪的地球半径相对于天球半径来说是不可忽略的。地球半径相对于天球半径应该是一个无穷小量。换句话说，我们的视角应该在图中的地球的最中心处。&　　看到这里你就明白了，“天球”是以观察者的视角而假想出来的一个概念。赤道坐标系　　我们有了天球的概念，为了说明天体在天球上的位置，我们就需要建立完整的坐标系。&　　那么球面如何建立坐标系呢？这个相信大家都知道一个离我们生活最近的例子——地球的地理坐标系。&　　在地理坐标系中，经度圈和纬度圈相互交错，形成了一个完整的坐标网络。&　　就像平面直角坐标系以x轴、y轴为基线一样，球面坐标系也需要基圈。地理坐标系中纬度的基圈是赤道（0°纬度），经度的基线为本初子午线（半圆弧，0°经度）。那么在天球上建立坐标系是不是也可参考一下地理坐标系的建立呢？&　　我们把地球的赤道平面平面无限扩展，与天球相割，就会得到一个大圆圈，这个大圆圈就是天球赤道，简称天赤道，并把天赤道作为天球上的“纬度”的基圈。我们把这个天球上的“纬度”叫做“赤纬”。这个坐标系，我们叫做“赤道坐标系”。&　　赤纬从天赤道向北天极和南天极度量，正负各90°。在地理坐标系中说纬度，我们都要说是“北纬”还是“南纬”，而在天球坐标系，我们用正负号来区分。天球仪上的白圈就是天赤道&　　有了“纬度”，还需要有“经度”。我们把赤道坐标系中的“经度”叫做“赤经”。赤经与赤纬的关系和地理坐标系中是很相似的。所有赤经线都交于两个点，这两个点，也就是地球自转轴与天球的交点，就是北天极和南天极。&　　我们已经规定了天赤道为0°赤纬，那么零赤经在哪呢？&　　我们都知道地球绕着太阳公转，公转的目视效果，也就是太阳在天球上不断运行，一年在天球上转了一圈。注意刚刚所说的“运行”，其实是一种目视效果。一年之中，太阳有两次会刚好运行到天赤道上，这两个时间点，就是春分和秋分。春分这一刻太阳中心在天球赤道上的位置，就是春分点。&　　我们规定：过春分点的赤经线即为赤经的基线，也就是零赤经。图片来源：《天文学新概论》&
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