第二赤道坐标系：赤纬和赤经

(1)用途：表示天体在天球上相对不变的位置，用于编制星表。

在地平坐标系中，天体的高度和方位，皆因时间和地点而变化；

在第一赤道坐标系中，天体的赤纬不再变化，而它的时角仍随天球周日运动而“与时俱增”。

二者都不能提供编制星表所需要的相对不变的位置。

为适应这方面的需要，天文学上创立第二赤道坐标系。其法是，保留天赤道为基圈，摒弃属于地平系统（超然于天球周日运动）的午圈，在赤道系统另择原点和始圈。

(2)圆圈系统：第二赤道坐标系与第一赤道坐标系，有彼此不同小异的圆圈系统。二者的差异在于：第一赤道坐标系以天赤道与地平圈的相互关系为基础；

第二赤道坐标系则以天赤道与黄道的相互关系为基础。

如图1-20所示，天赤道与黄道相交于春分点和秋分点。通过二分点的时圈，称为二分圈，必要时以南北天极为界，分为春分圈和秋分圈。

与二分圈垂直、通过无名点（也必通过黄道上的二至点)的时圈称为二至圈（夏至圈和冬至圈）。

天赤道、二分圈和二至圈，是相互垂直且等分的三个天球大圆，把天球分成8个相等的球面三角形。

(3)基本要点：有了这样的圆圈系统，我们就有条件来说明第二赤道坐标系。

根据球面坐标系的一般模式，第二赤道坐标系有如下要点：

——它的基圈是天赤道。

——它的原点是春分点；始圈是春分圈。

——第二赤道坐标系的纬度是赤纬，与第一赤道坐标系同。

——第二赤道坐标系的经度称赤经（α），是天体所在时圈相对于春分圈的方向和角距离。

赤经以春分点为起点，沿天赤道向东度量，自0h一24h。随着天球的向西运动，天体的中天时刻，要按其赤经的次序而定；

且中天恒星的赤经，即为当时的恒星时。

从某种意义上说，第二赤道坐标系是地理坐标系的摹制品，都用于定位。

地理坐标系以赤道为基圈，第二赤道坐标系则以天赤道为基圈。时圈相当于经圈。

地理坐标系以通过格林尼治的经线（本初子午线)为始圈；第二赤道坐标系则以通过春分点的时圈(春分圈)为始圈。

从这个意义上说，春分点好比“天上的格林尼治”。所不同的是，春分点是第二赤道坐标系的原点，而格林尼治并非地理坐标系的原点。

此外，第二赤道坐标系与地理坐标系在度量经度和纬度的具体细节方面，也存在一些差异。

 

黄道坐标系：黄纬和黄经

(1)用途：表示日月行星在星空间的位置和运动。

(2)圆圈系统：黄道坐标系同黄道相联系。黄道的两极叫黄北极和黄南极，它们是地球轨道面的垂线的无限延伸（黄轴）与天球的两个交点。

通过南、北黄极，且垂直于黄道的一切大圆是黄道经圈，简称黄经圈；一切与黄道平行的圆是黄纬圈。

黄道与天赤道相交，从而得到二分点和二至点。通过二分点的黄经圈尚无定名，暂称无名圈；

通过二至点的黄经圈，即前述的二至圈。黄道、无名圈和二至圈，是相互垂直且等分的三个大圆，把天球分成8个相等的球面三角形。

(3)基本要点：根据上述的圆圈系统和球面坐标系的一般模式，黄道坐标系有如下要点：

——它的基圈是黄道。

——它的原点是春分点；始圈是无名圈（通过春分点的黄经圈）。

——黄道坐标系的纬度称黄纬(β)，是天体相对于黄道的方向和角距离。黄纬自黄道起沿天体所在的黄经圈向南北两个方向度量，自0°～±90°。黄道以北为正；黄道以南为负。

黄道坐标系的经度称黄经（λ），是天体所在的黄经圈相对于春分点所在的黄经圈的方向和角距离。黄经以春分点为起点，沿黄道向东度量，自0°一360°。

太阳沿黄道周年运动，其黄纬始终为0°；黄经向东度量，使太阳黄经“与日俱增”（每日约增加1°）。春分、夏至、秋分和冬至的太阳黄经，分别为0°，90°，180°和270°。

 

各种天球坐标的区别

天球有各种不同的坐标系。因此，同一天体就有各种不同的坐标。不同的坐标系之间，既存在区别，又有相互联系。

(1)地平坐标系与第一赤道坐标系

这两种坐标系都属于右旋坐标系，它们的经度（方位与时角）都是向西度量；而且，二者都以子午圈为始圈。

但是，前者以地平圈为基圈，因而以南点为原点；后者以天赤道为基圈，因而以上点为原点。

这样，天体的高度便不同于赤纬，方位也不同于时角（图1一24）。

它们之间的具体差异，与当地的纬度有关；纬度愈高，二者愈接近。

在南北两极，天赤道与地平圈重合，天北极位于天顶。这时，高度就是赤纬，方位等于时角。

体现地平坐标系与第一赤道坐标系的联系，有如下关系式：

仰极高度=天顶赤纬=当地纬度

天球的南北两极，一个在地平以上，叫做仰极；另一个在地平以下，叫做俯极。

对北半球来说，仰极就是天北极。

如图1-25所示，图中的内圆表示地球，外圆是天球子午圈，显然，一地的纬度(φ)与当地天顶的赤纬属同一个角，它等于当地仰极的高度，二者都是天顶极距的余角。

在我国历史上，仰极高度被称为北极高。人们正是根据这一原理来测定所在地的纬度。

在这个图中可以看出，子午圈被地平系统中的天顶(Z)、天底(Z’)、南点(S)和北点(N)所四等分；

又被赤道系统中的南、北天极(P和P’)和上点(Q)、下点(Q’)所四等分。

上述8个点中，相邻两点的间距，不是等于纬度（φ），便是等于余纬(90°—φ)。

 

(2)第二赤道坐标系与黄道坐标系

这两种坐标系都属于左旋坐标系，它们的经度（赤经和黄经）都是向东度量；

而且，它们有共同的原点（春分点）。

但是，前者以天赤道为基圈，因而以春分圈为始圈；

后者以黄道为基圈，因而以无名圈为始圈。

这样，天体的赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经（图1-26）。

与前述二种右旋坐标系一样，它们之间的具体差异，同黄赤交角有关。

由于轨道面和赤道面受日月行星摄动的影响，黄赤交角发生微小的变化。

近期，黄极向天极靠拢，黄赤交角每世纪减小约47”，将延续约15000年后转为增大。

从1984年起，采用其约数为23°26′。

(3)第一赤道坐标系与第二赤道坐标系

这两种坐标系都以天赤道为基圈，因而有共同的纬度（赤纬），所不同的是它们的经度。

第一赤道坐标系以午圈为始圈，其经度（时角）自上点向西度量（属右旋系统）。

第二赤道坐标系以春分圈为始圈，其经度（赤经）自春分点向东度量（属左旋系统）。

所以，天体的时角不同于赤经；二者的具体差异，同当时的恒星时有关。

如图1-27所示，天体赤经（α）与天体当时的时角(t)之和，就是两坐标系原点的距离(γQ)，即等于春分点时角(tγ)或上点赤经(αQ)。

春分点时角被用于表示恒星时(S)，即

S=tγ

对于任一恒星来说，在任何时刻，它的时角(t★)与春分点时角(tγ)之间，总存在一个差值；

这个时角差，就是二者的赤经差。

又因春分点是赤经度量的起点，所以，这个赤经差就是该恒星赤经(α★)本身。

于是又有（如图1-27所示）：

 

S=t★+α★

而当恒星中天时，t★=0，便有：

S=α★（中天）

这就是说，任何时刻的恒星时，等于当时中天恒星的赤经（也即上点赤经）。

春分点（♈）在天球上没有标志，因而它的时角是无法实测的；

而测定恒星中天则是“轻而易举”的。这为恒星时的测定提供极大的方便！

对初学者来说，天球坐标显得头绪纷繁，难以接受。这需要有一定的耐心。

天球坐标主要用来阐明与太阳相关的各种变化过程：如正午太阳高度；

求半昼弧长的日没时太阳时角；

造成真太阳日长度周年变化的太阳赤经差和黄经差；

回归运动中太阳赤纬的周年变化；

以及按太阳黄经划分二十四气等。太阳是人类最关注的天体！

兹将各种天球坐标系列表比较如下：