黃道坐標系

黃道坐標系

黃道坐標系是天球坐標系之一。黃道坐標系是以黃道為基圈〔相當于平面直角坐標系的橫軸),以經過春分點的黃經圈(半圓)為始圈(相當于平面直角坐標系的縱軸),以春分點為原點組成的天球坐標系,它的經度黃經〔λ〕,是天體所在的黃經圈-終圈同始圈的角距離,即終圈與始圈所夾黃道的一段弧,以春分點為起點,在黃道上逆時針(左旋)度量,從0°到360°,它的緯度叫黃緯(β),是天體相對于黃道的方向和角距離。從黃道開始,沿黃道(基圈)向北為0°到90°。向南為0°到-90°。黃道坐標系主要套用于太陽,月亮及行星在天球上的位置和運動。

定義

(Ecliptic system of coordinates)

地球繞太陽運行軌道面無限擴展同天球相交所成的天球大圓叫黃道,黃道也是太陽周年視運動路線。經過地心並與黃道面垂直的直線叫黃軸,黃軸與天球相交的兩點叫黃極,分為北黃極〔E〕和南黃極〔E′〕,是黃道的兩個極。經過南北黃極並且同黃道相垂直的天球大圓叫黃經圈,天球上與黃道平行的小圓叫黃緯圈。黃道和天赤道相交的兩點叫二分點,其中黃道對于天赤道的升交點叫春分點〔γ〕,降交點叫秋分點。黃道上與二分點相距90°的兩點叫二至點,其中位于天赤道以北的叫夏至點,位于天赤道以南的叫冬至點。

基本圈和基本點

黃道坐標系的基本圈是黃道,基本點是黃北極和黃南極。

黃極是通過觀測點(坐標中心)做垂直于黃道面的直線與天球相交的兩個點,距天北極較近的點叫做黃北極,距天南極較近的點叫做黃南極。黃北極與黃南極的連線就是黃軸。

平行于黃道在天球上可以做無數個小圓,即黃緯圈。通過黃極可以做無數個與黃道垂直的大圓,即黃經圈,其中過春分點的黃經圈是黃道坐標系中經度(黃經)度量的起始圈

黃經

黃經即黃道坐標系中的經度,它是一種兩面角。它是春分點所在的黃經圈平面與天體所在的黃經圈平面之間的夾角。黃經的度量是以春分點所在的黃經圈為起始圈,在黃道上沿逆時針方向進行的。用角度來表示,範圍從0°~360°。

黃緯

黃緯即黃道坐標系中的緯度,它是一種線面角。它是天體與天球中心的連線和黃道平面之間的夾角。黃緯以黃道面為起點面,向南、向北兩個方向量算,從黃道面到黃北極範圍為0°~+90°,從黃道面到黃南極範圍為0°~(-90°)。

分開解釋

黃道

地球一年繞太陽轉一周,我們從地球上看成太陽一年在天空中移動一圈,太陽這樣移動的路線叫做黃道。它是天球上假設的一個大圓圈,即地球軌道在天球上的投影。黃道和赤道平面相交于春分點和秋分點。

坐標系

幾何對象(如點、直線、平面等)的集合與有序數組集合之間建立的一套對應法則。與點對應的有序數組稱為該點的坐標。常用的坐標系有直線坐標系、平面直角坐標系、平面極坐標系、空間直角坐標系、球面坐標系、柱面坐標系等。

​區別

古代中國學者的研究

早在晉·司馬彪撰《後漢書·志·律歷中·賈逵論歷》中就分析了赤道和黃道在測定天體位置上的區別,"臣前上傅安等用黃道度日月弦望多近,史官一以赤道度之,不與日月同,如今歷弦望至差一日以上,輒奏以為變,至以為日卻,縮退行。于黃道,自得行度,不為變。……《五紀》論'日月循黃道,南至牽牛,北至東井,率日日行一度,月行十三 度十九分度之七'也。今史官一以赤道為度,不與日月行同,其鬥、牽牛、(東井)、輿鬼,赤道得十五,而黃道得十三度半;……夫日月之術,日循黃道,月從九道。以赤道儀,日冬至去極俱一百一十五度。其入宿也,赤道在鬥二十一,而黃道在鬥十九。兩儀相參,日月之行,曲直有差,以生進退。故月行井、牛,十四度以上,其在角、婁,十二度以上。皆不應率不行。"也就是說,單就月亮這一天體而言,依據黃道和依據赤道所測 "弦望"日期及運行速度是不一樣的。對其他天體的測定自然也是如此。

西方學者論差異

赤道坐標系與黃道坐標系並無直接的關系,"正如德·沙素(de Saussure,1740-1799)的名言所說:希臘天文學是'黃道、角度、真實、周年'";而中國天文學是赤道、時間、平均、周日'。按照某些拱極星的指引定出赤道上的標志點,系統觀測這些拱極星的中天,中國人從未迷失逐時變化的星座方位,因此他們能確定太陽、月亮不可見時的位置。"[7]拱極星是指恆顯圈和恆隱圈內的星。恆顯圈內的星總在地平圈之上,故可觀測到它們的上中天和下中天。恆隱圈內的星,總在地平圈之下,永不上升,故看不見。見《恆顯圈圖》::也就是說,赤道坐標系是依據恆顯圈內環繞北極星的北鬥星等天體的觀測來確定時間。這一系統有異于西方天文學的一個重要特征就是:"它是天極、赤道的,而不是行星、黃道的。"黃道坐標系則是"觀察恆星的偕日出和偕日沒,也就是觀測黃道附近的恆星在日出前或日沒後瞬間的出沒。我們都記得古埃及著名的對天狼星的偕日觀測。進行這種觀測並不需要天極、子午或赤道等的知識,也不需要任何測時系統,它自然地導致人們熟悉黃道各星座,以及距黃道遠近不等的和黃道星座同時出沒的恆星。……"

赤道與黃道,就象兩股道上跑的車,走的不是一條路。赤道的星宿與黃道的星座,如同高速公路與普通公路的停靠點和出站口有所不同一樣。我們不能去高速公路上尋找普通公路的停靠點和出站口,也不能去普通公路上尋找高速公路的停靠點和出站口。同理,不能去赤道坐標系的十二辰中尋找十二宮的客觀依據,也不能去黃道坐標系的十二宮中尋找十二辰的客觀依據。

套用

黃道坐標系適用于表示太陽系內天體的位置和運動。由于太陽本身是在黃道上運行的,因此用太陽黃經來表示其位置,用太陽黃經的變化來表示太陽的視運動是特別適宜的。例如,在春分日太陽黃經為0°,夏至日為90°,秋分日為180°,冬至日為270°太陽系內其它天體的運行,也可以用其黃道坐標值來表示。例如,行星的運行規律可以用黃道坐標系來表示。當太陽與外行星黃經相同的時候,即為合;當太陽與外行星黃經相差180°時,即為沖;相差90°時則為方照。又如,月球運行的規律也可以用黃道坐標系來表示。當日、月黃經相同時,即為朔,朔時為農歷每月初一;當日、月黃經相差180°時,即為望,望時為農歷十五或十六;當日、月黃經相差90°時,為上弦;當日、月黃經相差270°時,為下弦。

因為過春分點的黃經圈和黃道在天球坐標系中,分別都是唯一的,所以恆星的黃經和黃緯不會因時因地而改變。

但是,太陽作為一顆特殊的恆星,其黃經在發生著周年性的變化,這種變化也引起太陽的赤道坐標值的改變。如圖2-19,春分日太陽黃經為0°,赤經為0°或0時,赤緯為0°;夏至日太陽黃經為90°,赤經為90°,赤緯為+23°26′;秋分日太陽黃經為180°,赤經為180°,赤緯為0°;冬至日太陽黃經為270°,赤經為270°,赤緯為-23°26′。

每種天球坐標系都有其獨特的性質,因此也就有其特定的用途,為了便于對比,利于記憶,茲將各種天球坐標系歸納成表2-3。

表四種天球坐標系對照

四種天球坐標系對照四種天球坐標系對照

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