【考向预测】高考地理可能会考的常见天球坐标

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天球（英语：Celestial sphere），是在天文学和导航上假想出的一个与地球同圆心，并有相同的自转轴，半径无限大的球。天空中所有的物体都可以当成投影在天球上的物件。地球的赤道和地理极点投射到天球上，就是天球赤道和天极。天球是位置天文学上很实用的工具。

研究天体的位置和运动而引进的一个假想圆球。根据所选取的天球中心不同，有日心天球、地心天球等。各个天体同地球上的观测者的距离都不相同。天体和观察者间的距离与观测者随地球在空间移动的距离相比要大得多，所以看上去天体似乎都离我们一样远，仿佛散布在以观测者为中心的一个圆球的球面上。实际上我们看到的是天体在这个巨大的圆球的球面上的投影位置，这个圆球就称为天球。观测者所能直接辨别的只是天体的方向。在球面上处理点和弧段的关系，比在空间处理视线方向间的角度要简便得多,在天文学的一些应用中,都用天体投影在天球上的点和点之间的大圆弧段来表示它们之间的位置关系。天球的半径是任意选定的，可以当作数学上的无穷大。为了定量地表示和研究天体投影在天球上的位置和运动,需要在天球上建立参考坐标系,并主要应用球面三角学计算点位的关系。它假定各天体在天球表面上的投影就是天体在宇宙空间中的位置。

地球绕地轴自转

相对于地球不动的概念，天球上的物体也是每24小时围绕着天极旋转的。这就是昼夜运动，太阳、行星、卫星等等都是东升西落,这称为天球的周日视运动.因为地球有公转的缘故，一颗恒星总是比它前一天提前约4分钟升起。

天球可被它的赤道（即天赤道）分成北天半球和南天半球两部分。对应着有北回归线、南回归线、南极、北极。

因为地球是自西向东旋转，所有我们就把天球看成是自东向西旋转。

可以构建一个天球坐标系统来量化天空物体的朝向。而因为有天球的概念后，天文学家以此开始创立不同坐标系如黄道坐标系和银道坐标系。但要注意的是，天球仪是在天球外看天球，天象厅或模拟星象是在天球内看天球。

产生

天文学等领域中，天球是一个想象的旋转的球，理论上具有无限大的半径，与地球同心。天空中所有的物体都想象成是在天球上。与地球相对应，它有天道，天极。

许多古代科学家都相信天上的星星是与地球等距离的，这个球就是宇宙的真正的模型。尽管这是不正确的，但它仍不失为一种很好的抽象系统。天空中的一切都不是仅凭我们的肉眼就能够判断出距离的。正因为此，我们仅能通过它们的朝向来确定其在天空中的位置。于是，天球就成了一个很有用的天文定位的工具了。

观测位置不同

根据观测位置的不同，就具有不同的天球中心。严格的讲，不同的观测者就有不同的天球中心。在地面上观测时，观测者的眼睛就是天球中心，这样建立起来的天球叫做地面天球。

如果从地心观测，则叫做地心天球。把地轴无限延长，就是假想的天轴，地球北极指的一点是北天极，地球南极指的一点就是南天极。通过地球中心和天轴垂直的平面叫做天赤道面，天赤道面和天球的会合处就是天赤道。

太阳在天球上每天移动约1度，一年则移动一周，这称之为太阳周年视运动，太阳中心在天球上视运动的轨迹则是黄道。

常见的天球坐标有第一赤道坐标，第二赤道坐标，地平坐标，黄道坐标，银道坐标。

第一赤道坐标系

由赤纬和时角组成的第一赤道坐标系，亦称时角坐标系。它的基线是天赤道，原点是上点Q.它的纬圈是天赤道和天球上与天赤道平行的圆，称赤纬圈，天赤道是最大的赤纬圈。经线是天球上通过北天极和南天极的圆，在此改称时圈。其中通过天赤道上的上点和下点的时圈，称子午圈。它的纬度称为赤纬，是天体相对于天赤道的角距离，即天体视方向与天赤道平面的交角，用角度表示。它的经度称时角，是天体相对于子午圈的角距离，即天体所在时圈与子午圈的交角，实质是两圈所在平面的夹角。以上点Q为原点，沿天赤道向西度量（因天体周日运动向西），但它不用角度表示，而直接用时间单位时，分，秒表示。

这是主要用于测量时间的天球坐标系。

第二赤道坐标系

由赤纬和赤经组成第二赤道坐标系，它的基圈是天赤道，它的原点是春分点，即黄道与天赤道相交的升交点，始圈是春分圈，即通过春分点的时圈。它的纬度是赤纬，是天球上与天赤道平行的圆，这和第一赤道坐标系的概念相同。它的经度是赤经，是天体相对于春分圈的角距离，亦用时间单位表示，以春分点为原点，沿天赤道向东度量，自0h至24h。所以，第二赤道坐标系是表示天体在纬向上与天赤道的距离，在经向上与春分圈的距离。但是，由于地轴是摇动的（地轴进动），天赤道的空间位置是摆动的。春分点在黄道上每年西退50”29，西退周期为25800年。因此，在较长时间内，天体的赤经和赤纬也会有变化，所以星表都要注明编制年份。

第一赤道坐标系有明显的地方性和周日变化，即在同一时刻的不同地点观测同一颗天体，所得的这个天体在天球上的纬度和经度是不同的，在同一地点的不同时刻观测同一个天体，所得的这个天体在天球上的纬度和经度是不同的。所以不宜用于表示天体在天球上的固定位置。第二赤道坐标克服了这一缺点。人们设计天文望远镜跟踪用支架时就参考了第二赤道坐标系，设计出和天体一起转动的装置。称为赤道仪，这也是赤道仪名称的由来。

地平坐标系

由高度和方位组成的地平坐标，可以直观的表示观察者所见的天体在天球上的位置。它的基圈是地平圈，原点是南点。纬线是地平圈和天球上与地平圈平行的圆，称地平纬圈，也叫等高线。地平圈就是最大纬线。它的经线就是天球上通过天顶和天底的圆，称为地平经圈，它必然垂直于地平圈。其中通过南点和北点的地平经圈称子午圈。以天顶和天底为界分为子圈和午圈。它的纬度称高度，也就是天体和地平圈的角距离，就是天体光线和地平面的交角，也就是天体的仰角。它的经度称方位，它是天体对于子午圈的角距离，也就是天体所在地平经圈和子午圈的交角。

地平坐标常用于表示太阳在天球上的位置，使用最多的是太阳高度。观测流星，慧星，人造卫星等天体一般也采用地平坐标。

黄道坐标系

由黄纬和黄经组成的黄道坐标系，它的基圈是黄道，原点是春分点。它的纬线是黄道和天球上与黄道平行的圆，称黄纬圈，黄道是最大的黄纬圈。它的经线是天球上通过两个黄极的圆，称黄经圈，其中通过春分点的黄经圈是始圈。它的纬度称黄纬，是天体对于黄道的角距离。用角度表示。以黄道为起始，在天体所在的黄经圈上向南北度量。它的经度称黄经，是天体对于春分点所在的黄经圈的角距离，以春分点为原点，沿黄道向东度量（因太阳系天体周年视运动总趋向东）。太阳总是在黄道上，所以太阳的黄纬为0度，太阳的黄经每日递增59',太阳系内其它天体因具有共面性，所以黄纬也不大。行星有时顺行，有时逆行，黄经并非总是与日俱增。

黄道坐标主要用于表示日月行星的空间位置和运动。

银河坐标系

这是根据银河的结构建立的天球坐标系，它由银纬和银经组成。它的基圈是银道，它的纬线是银道和天球上与银道平行的圆，称银纬圈，银道就是最大的银纬圈。它的经线是天球上通过两个银极的大圆，称银经圈。纬度是天体对于银道的角距离，称银纬，用角度表示。经度称银经，是天体对于起始银经圈的角距离。

由于赤道坐标系是地心系统，对研究银河系结果和动力学不合适，所以要建立该坐标系，它直接与银河系结构有联系。

北京54坐标系

新中国成立以后，谭老师地理工作室综合整理我国大地测量进入了全面发展时期，在全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。当时采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

自北京54坐标系统建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果得到了广泛的应用。但是随着测绘新理论、新技术的不断发展，人们发现该坐标系存在很多缺点，为此，我国在1978年在西安召开了“全国天文大地网整体平差会议”，提出了建立属于我国自己的大地坐标系，即后来的1980西安坐标系。

西安80坐标系

1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里。

2000国家大地坐标系

简称为CGS2000，即China Geodetic System 2000。

随着社会的进步，国民经济建设、国防建设和社会发展、科学研究等对国家大地坐标系提出了新的要求，迫切需要采用原点位于地球质量中心的坐标系统（以下简称地心坐标系）作为国家大地坐标系。采用地心坐标系，有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和快速更新，测定高精度大地控制点三维坐标，并提高测图工作效率。

2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于中国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系。

2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Ｚ轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），Ｘ轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Ｙ轴按右手坐标系确定。

1985国家高程标准

我国于1956年规定以黄海（青岛）的多年平均海平面作为统一基面，叫＂1956年黄海高程系统＂，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，叫“1985国家高程基准”。

我国的水准原点位于青岛观象山。它由1个原点5个附点构成水准原点网。在“1985国家高程基准”中水准原点的高程为72.2604米。这是根据青岛验潮站1985年以前的潮汐资料推求的平均海面为零点的起算高程，是国家高程控制的起算点。

由于国家水准原点实际高程并非为海拔0米，经国家测绘局批准，由专家精确移植水准原点信息数据，在青岛银海大世界内建起了“中华人民共和国水准零点”。