如何在夜空中確定一個星球天體的位置

確定天體的位置及其變化，首先要研究天體投影在天球上的坐標的表示方式、坐標之間的關係和各種坐標修正，這是球面天文學的內容。天體的位置和運動的測定屬於方位天文學的內容，是天體測量學的基礎。

天體測量依觀測所用的技術方法和發展順序，可以分為基本的、照相的、射電的和空間的四種。把已經精確測定位置的天體作為天球上各個區域的標記，選定坐標軸的指向，就可以在天球上確定一個基本參考坐標系，用它來研究天體（包括地球和人造天體）在空間的位置和運動。這種參考坐標系，通常用基本星表或綜合星表來體現。

以天體作為參考坐標，測定地面點在地球上的坐標，是實用天文學的課題，用於大地測量、地面定位和導航。地球自轉的微小變化，都會使天球上和地球上的坐標系的關係複雜化。為了提供所需的修正值，建立了時間服務和極移服務。地球自轉與地殼運動的研究又發展成為天文地球動力學，它是天體測量學與地學各有關分支之間的邊緣學科。天體測量學的這些任務是相互聯繫，相互促進的。

天體測量學的起源可以追溯到人類文化的萌芽時代。遠古時候 ，為了指示方向、確定時間和季節，先後創造出日晷和圭表。對茫茫星空的觀測，導致劃分星座和編製星表，進而研究太陽、月球和各大行星在天球上的運動。當時的天體測量學既奠定了曆法的基礎，又確認了地球的自轉和公轉在天球上的反映，從而逐漸形成古代的宇宙觀。因此，早期天文學的主要內容就是天體測量學。

根據浩瀚的天體測量資料，經過精心研究得出的開普勒行星運動三大定律，為天體力學的建立創造了重要條件。天體力學與天體測量學一向是密切配合的，依靠觀測太陽、月球、大行星和小行星的大量資料和天體力學的研究方法，總結出太陽系天體（特別是地球和月球）的運動理論。它不但為太陽系演化的研究提供素材，而且是測定天文時間與導航工作的重要依據。

如果我們想完全明白天體的運行，以及在任何時候觀測星星的位置的話，這些專門名詞的意義都是很重要的。

我們正在研究的兩個球之間的關係。一個是真實的地球，我們住在它上面，它每天帶著我們不停地旋轉。另一個是天上看來彷彿存在的天球，它在極其遼遠的距離之外從各方向圍繞地球，它雖然不是實在的，我們卻一定要想像著它，為的是知道到什麼地方去尋找天體。要注意我們是在天球的中心，因此天球上的東西都好像是在球的內部表面上，而我們是在地球的外部表面上。這兩球上的許多圈點都有類似的關係。我們已經說過地球的轉軸指出我們的南北極，又從兩個方向直橫過長空，指出天球上的南北極來。我們知道地球的赤道環繞地球，離兩極同樣遠。

同樣的，在天球上也有一條赤道環繞天球，與兩天極各成９０度。假使能把它畫在天上，那我們就日夜都能看見它永遠在不變的位置上。我們可以準確地想像出它的形狀來。它在正東正西兩點上與地平線相交，實際上也便是當春分、秋分（３月、９月）時，太陽在地平線上的１２小時內，由周日運動在天上移動的那一條路線。在美國北部諸州看來，它正好橫過天頂與南方地平線之間的正中間，越往南來，它也越近天頂——在中國的大部分地區看來，也是如此。

正像我們有平行於赤道而環繞地球赤道南北的緯度圈一樣，天球上也有與天球赤道平行以兩天極為中心的圈子。正像地球上的緯度圈越接近兩極越小一樣，天球上的緯度圈也越接近天極越小。

我們知道地上的經度是根據通過該地的從北極到南極的子午圈而定的。這子午圈與格林威治子午圈所成的角度便是當地的經度。

在天球上，我們也有同樣的東西。也想像出一些線介於北天極到南天極之間在各方向散開，但都與天球赤道成直角正交。這便叫做「時圈」（ｈｏｕｒ ｃｉｒｃｌｅｓ）。其中之一叫做「二分圈」（ｅｑｕｉｎｏｃｔｉａｌ ｃｏｌｕｒｅ），圖中也標示著。這條線正好通過春分點（這一點我們下一章就要講到）。它在天上的作用與格林威治子午圈在地上的作用相同。

天球上一顆星的位置與地球上一座城的位置是用同樣的方法來定的：由它的經緯度來表示。可是用的名詞卻不大一樣。天文學中，等於地上經度的叫做「赤經」（ｒｉｇｈｔ ａｓｃｅｎｓｉｏｎ）等於地上緯度的叫做「赤緯」（ｄｅｃｌｉｎａｔｉｏｎ）。於是我們便有了下面這些定義，我要請讀者把它們好好的記下來。

一顆星的赤緯便是它距離天球赤道在南北方向上的視距。

一顆星的赤經便是經過這顆星的時圈與經過春分點的二分圈所成的角度。圖３中的星正在赤經３時上。

在天文學中，一顆星的赤經是用時分秒來表示的。可是它也可以用度數來表示，正像我們說地上的經度一樣。用時表示的赤經化成度數只須乘以１５便可得。這是因為地球在每小時中旋轉１５度角。緯度的相差體現在直線距離上，全地球上都一樣長短，而經度相差卻不然了，它的直線距離從赤道到兩極越來越小。在地球赤道上，一經度的相差約相距１１１．８千米，可是在南北緯４５度上，它只有６７．６千米了。在南北緯６０度上它已不到５６千米。在兩極它便等於零了，因為在那兒各子午圈都相遇於一點了。

我們還可看到地球自轉的線速度也依這一規律而減小。在赤道上經度相差為１５度則直線距離約為１ ６００千米，地球旋轉線速度約為每秒鐘４６０米。但在南北緯４５度上，線速度已減小到每秒３００米多一點了。在南北緯６０度上已只等於赤道的一半；到了兩極上則減小為零了。

應用這種經緯到天上去，唯一的困難只是地球的自轉。只要我們不旅行，我們便永在地球的某一經度上不動。可是因為地球的自轉，天上任何一點的赤經（在我們看來是固定的）卻不斷的移動了。天球子午圈與時圈的差別僅僅在於前者隨著地球旋轉而後者卻固定在天球上不動。

幾乎在地球與天球的每一點上都有一種嚴格的相似。地球在它的軸上從西往東旋轉，天球便好像從東往西旋轉。如果我們想像地球正在天球中央，有一根公共轉軸穿過它們，我們就可以對它們的關係得到一個明晰的概念了。

假如太陽也像星辰一樣幾乎年年歲歲都固定在天球上不動，那麼要找一顆我們已知赤經和赤緯的星星肯定會比較容易一些。因為地球有每年一次的環繞太陽的公轉，所以在每晚相同時刻，天球上的太陽視位置便永不相同。

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