我们站在地球上仰望星空,看到天上的星星好像都离我们一样远。星星就好像镶嵌在一个圆形天幕上的宝石。
实际星星和我们的距离有远有近,我们看到的是它们在这个巨大的圆球球面上的投影,这个假想的圆球就称为天球,它的半径是无限大。而地球就悬挂在这个天球中央。
星星在天空中移动的方向并不是杂乱无章的,而且星座的形状并不会改变。星星从东方的地平线爬上来,爬到最高点(中天),然后往西方沉下去。看起来就像整个天球围绕著地球旋转一样。相信大家都明白,地球并不是宇宙的中心,星体并不会绕著地球转。星体在天空中绕著我们旋转,是因为地球自转而产生的错觉,天球本身是不会移动的。我们身在地球中,并不会感觉自己在转动的,就好像我们乘坐火车时看见窗外的景物向后移动,而并不感觉到自己在移动中。
周日运动
星星在天上每日旋转一圈,这运动称为周日运动。把地球自转轴延伸到天球上的位置,就是天球的北极和南极。把地球的赤道伸延到天球上的位置,就是天球赤道了。
有一颗2等星非常接近天球北极,所以看来似乎永远静止不动,其它的星就好像绕著他旋转。我们称这颗星为北极星。因为北极星看来永远静止不动停留在正北方及不会下山,所以我们像居住在北半球的人便可以利用北极星来辨别方向。可惜的是,天球南极附近没有光星,所以没有「南」极星为南半球居民引路。
北极星相对於地面的高度取决於观测者所在地的纬度,例如在北京,北极星会在正北,离地面40 度;在北极,北极星会在头顶(天顶);在赤道的地方,北极星刚好躺在水平线上;而在南半球,北极星是永远不会升出地平在线,所以在南半球是永远看不到北极星。
同样道理,有些星永远不会东升。居住在北半球的人永远看不到接近南天极的星,而居住在南半球的人同样也看不到接近北天极的星。
以上三幅模拟图例显示在北半球可以见到的恒星运动,第一幅指向天球北极方向(你会发现其实北极星并不是完全固定不动的) ,第二及第三幅分别指向南方及东方。
天球上的坐标系统
为了准确形容天上星体的位置,天文学家制订了一套坐标系统来标示星体在天球上的位置。 这套坐标系统和地球上惯用的经纬度坐标十分相似。
这套坐标系统把天球分为赤纬及赤经。赤纬的算法是从天球赤道开始至两极止,天球赤道是0度,向北至天球北极是+90 度, 向南至天球南极是 -90 度。赤经的算法较特别,和地球经度(由-180度至+180度)的算法不同, 赤经是在天球赤道自西向东由0小时至24 小时。和时间一样,赤经的每小时可分为60分,每分可再细分为60秒(注:赤经的分秒并不等如角度用的角分角秒) 。赤经计算的起点为春分点,春分点是天球赤道和黄道的两个相交点其中一个(另一个是秋分点)。
像转动中的陀螺一样,地球的自转轴在太空中其实并不固定,而是以26000年的周期在转动,这个运动称为岁差,所以,春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动。所以,当我们使用天球坐标来标示天体的位置时,应该同时指出是哪一年的坐标,例如公元20000年。
如果我们把浩瀚的宇宙看成一个天球的话,那么宇宙中的88个星座则把整个天球分成了北天球和南天球两大部分。根据每个星座的大部分面积是在北天或在南天,分别被称为北天星座或南天星座。根据这种划分法,北天星座有28个,南天星座有48个,另外12个为黄道星座。黄道经过88个星座中的13个,除了蛇夫座的一小部分之外,从春分点所在的双鱼座数起,它们是双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座,统称为黄道十二星座。黄道星座名称确实经过多次变迁,很多与神话有关,多数是以动物名称命名。
赤道坐标系:天顶、天底位于什么星座?天顶是北极星吗?天底呢(最好精确到星体)?
天顶和天顶并不是赤道坐标系的坐标,而是地平坐标系的坐标。地平坐标系最大的优势是使用方便,但是天体的位置会随着天体的周日运动的变化而变化,所以天顶和天底也不会有确定的天体。
按照楼主在下文的逻辑,我猜测楼主想问的是北天极和南天极。如果没猜错的话,前者为与小熊座,距离勾陈一(小熊座α)星大约42′。南天极位于南极座,不过在南天际附近10°的范围内没有什么值得关注的亮星。并且随着地轴的进动,南北天体的位置会不断变化,为什么天龙座α(右枢,这个名字也挺霸气的吧?)仅仅是一颗4等星?因为它是3000年前的北极星。
黄道坐标系:黄北极、黄南极位于什么星座?
北黄极位于天龙座,准确一点是在天龙座的小脑袋附近。赤经18时,赤纬665°。
南黄极位于剑鱼座,赤经6时,赤纬-665°。
银道坐标系:银北极、银南极呢?
北银极位于好像位于后发座,赤经在7-8h,赤纬在25°左右。
南银极更加不确定了,好像是玉夫座。赤纬在-25°左右,赤经在19-20时。
银道坐标系在实际应用中比较少(可以说压根没用过…),所以了解也不透彻。上面说的两个星座我不确定,但是误差也不会太离谱,不是它们也是邻近的星座。
地平坐标系
(1)基圈是地平圈
(2)原点是南点,始圈是午圈
(3)纬度叫高度或高度角h,是天体相对地平圈上下的角距离。地平圈为起点0°,向上至天顶为90°,向下至天底为-90°。天体相对天顶的角距离叫天顶距Z,Z=90°-h
(4)经度叫方位或方位角A,是天体所在地平圈相对原点的方向和角距离。南0°,西90°,北180°,东270°。
(5)地球自转引起天体自东向西的周日视运动,h和A变化;同时h和A随经纬度变化,
故记录天体位置及绘制星图不宜用地平坐标系。地平坐标系反映天体在天空中高度和方位。
第一赤道坐标系(时角坐标系)
(1)基圈是天赤道
(2)主点为天赤道与观测者天顶南子午圈交点(上点)θ,主圈为过θ的赤经圈。天体所在赤经圈平面与主圈平面的夹角即时角。从0°到正负180°,即0时到正负12时,东负西正。
(3)异地异时时角变化,时角坐标系用于时间度量。
(第二)赤道坐标系
(1)基圈是天赤道
(2)主点为春分点φ,主圈为过春分点的赤经圈(时圈)叫春分圈。向东,从0°到360°,即0时到24时。
(3)赤纬δ是天体与天赤道的方向和角距离;赤经α是天体所在赤经圈平面与主圈平面的夹角。
(4)天体周日视运动不影响春分点与天体间的相对位置,δ和α不变;异地异时δ和α也不变,故用赤道坐标系记录天体位置及绘制星图。
黄道坐标系
(1)基圈是黄道
(2)原点为春分点φ,始圈为过春分点的黄经圈(KφK')。
(3)黄纬是天体与天赤道的方向和角距离;黄经是天体所在黄经圈平面与始圈平面的夹角。
(4)黄道坐标系常用于日地月位置关系
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