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天文观测的基础知识
为了进行天文观测，就要
学会认识星空，识别天体；因此，有关天体的坐标，天
体的运动，天文观测所用的时间系
统，星座与星图，以及星星的星等、颜色、光谱型
等多方面的基础知识，都是我们开展天
文观测活动时，必须首先了解的。
1
．天球和天球坐标系
进行天文观测首先要从找星、认星开始。在茫茫的星空中，怎样去寻找我们想要
观测的天体呢？这就必须知道天体在空中的“住址”
，即它在天空的坐标。这样的坐<
/p>
标是怎样建立起来的呢？这就要从天球说起。
（
1
）天球
当我们仰望天空观察天体时，无论是太阳、月亮还是恒星、行星，它们好像都镶
嵌在同一个半球的内壁上，而我们自己无论在地球上什么位置，都好像是处于这个半
球的中心。这是由于天体离我们太远了，我们在地球上无法觉察不同天体与我们之间
< br>距离的差异。因此，为了研究天体的位置和运动，可以引入一个假想的以观测者为球
心，
以任意长为半径的球，
称作天球。
由于地球在浩瀚的宇宙中可以看作是一个质点，
地心也可以当作地球的中心，因此可以
假想一个地心天球，它是以地心为中心、无穷
远为半径的球。
有了天球，我们认识天体就方便了，因为不论天体离我们多么遥远，我们都可以
把它们投影到天球上，并用它们在天球上的视位置来表示它们。
在天球上，两颗星之间的距离如同在球面上两点间的距离一样，用角度来表示，
称为角距。显然，角距与两颗星的真实距离是两回事：角距很小的两颗星实际距离可
能十分遥远。星体的
角
直
径
（
简
称
角
直
上看去它所张的角
来
角直径也不是天体的
如，月亮和太阳的视
是
1/2
度，
但月亮的大
简直可以忽略不计，
离地球很近才看起来
（
2
）天球坐标系
为了描述天体在天球上的视位置，就要在天球上建立起坐标系，称天球坐标系，
就像我们
为了描述地球上某一点的位置需要建立地球坐标系（如用地理纬度和地理经
大
小
一
般
用
视
径）
，即从地球
表示。同样
，视
真
实
大
小
。
例
角
直
径
大
约
都
小
与
太
阳
相
比
只
是
< br>由
于
月
亮
很大。
度表示）一样。事实上，天球坐标系与地球坐标系的
模式很相似。例如，天球上的赤
道坐标系（也称第二赤道坐标系）就可以看作是地球坐标
系在天球上的延伸：把地轴
（地球的自转轴）无限延长就是天轴；天轴与天球相交的两点
就是北天极和南天极；
地球赤道面的延伸与天球相交的大圆就是天赤道；与地球上的纬圈
、经圈类似，天球
上也有相应的赤纬圈和赤经圈，不过天球上经圈的起始点与地球不同。
这样，天体在
天球上的位置就可用赤纬、赤经来表示。
除
了
赤
用的天球坐标
标系（也称第
系等，它们是<
/p>
本圈为基础建
本点、基本圈
建立起各种天
点以及它们之
录。
< br>不同天球坐标系各有其特点，因而也有不同的用途。例如，在赤道坐标系中，赤
经
的起算点是天球上的固定点——春分点，春分点与天体一同作周日视动，它与天体
的相对
位置不因天体的周日视动而改变；
而赤纬的值也只由天体和天赤道决定；
因此，
一个天体的（，
）值是确定的，不受观测时间和
观测地点的影响。所以在星表中多用
（，
）表示天体的位置。<
/p>
再如，地平坐标系是以观测者为参照点建立起来的，具有“地方
性”特点，即在
不同时间、不同地点观星，星星的地平坐标（
A
，
h
）均不相同。但由于它的参照物是
地平圈，比较直观，只要知道某个天体在某一时刻的方位角
A<
/p>
和地平高度
h
，就可以
< br>方便地在天球上找到它的位置，因此利用它非常便于观测。
在时角坐标系中引入时角
t
对于寻找天体也很方便。由于天
体的时角随周日视动
变化，每小时变化
15
?，因此只要知道了某时某处天体的时角，就可以方便地把望远
镜瞄向这个天体。<
/p>
2
．
为了进行
天文观测，就要学会认识星空，识别天体；因此，有关天体的坐标，
天体的运动，天文观
测所用的时间系统，星座与星图，以及星星的星等、颜色、光谱
型等多方面的基础知识，
都是我们开展天文观测活动时，必须首先了解的。人们很早
就注意到，在绚丽多彩的夜空
，繁星三五成群，构成各种美丽的图案。由此，人们把
道坐标系外，天文观测中常
系还有地平坐标系、时角坐
一赤道坐标系）
、
黄道坐标
以天球上不同的基本点、基
立起来的。有关天球上各基
的定义，怎样以它们为基础
球坐标系，不同坐标系的特
间的相互关系，请参见附
天上的恒星划分成许多不同的区域，称为星座。
根据不同星座中较亮的星所组成的图
形，人们为它们起了名字，并编撰了许多美丽的故事
。例如，我国关于牛郎织女的传
说，就缘于银河两侧的牛郎星和织女星；而希腊人则把<
/p>
牛郎星及其周围的星想象成一只矫健的天鹰，把织女星
及其周围的
星想象成一架巨大的天琴，天鹰座、天琴座
由此得名。
中国古代把恒星天空划分成三垣二十八宿，
“垣”是
< br>墙的意思，
“宿”是住址的意思。日月穿行在黄道附近，
把黄道附近的星分成
28
个大小不等的星区，
< br>叫二十八宿，
月亮在绕地运动过程中，每日从西往东经过一宿。二十
八宿以外的星区划分为三垣：紫微垣、太微垣和天市垣。
紫微垣包括北天极附
近的星区，太微垣大致包括室女座、
后发座和狮子座，天市垣包括蛇夫座、武仙座、巨蛇
座和天鹰等星座。
1928
年，国际
天文学联合会决定，将全天划分为
88
个星座，其中沿黄道天区
的
有
12
个星座，太阳的视运动穿过这
里。
星座中的每颗星也有自己的名称。我们祖先早就给天上的
亮星起了名，有根据神
话故事命名的，
如牛郎星、
织女星、
天狼星、
老人星等；
有依据中国二十八宿命名的，
如角宿一、心宿二、娄宿三、参宿四和毕宿五等；也有根
据恒星颜色命名的，如大火
星（心宿二）
；还有依据恒星所在天
区命名的，如天关星、北河二、北河三、南河三、
天津四、五车二和南门二；等等。
1603
年，
德
国业余天文学家拜尔建议
“平等对待”
这些恒星，
不能只给亮星起名，
他提出：每个星座中的恒星从亮到暗顺序排列，以该星座
名称加一个希腊字母表示。
例如，猎户座中有猎户座（参宿四）
、猎户座（参宿七）
、猎户座（参宿五）
、猎户座
（参宿三）等。如果某个星座的恒星超过了
24
个或
者为了方便，就用星座的名称后
加阿拉伯数字表示，如天鹅座
6
1
星、天鹅座
32
星、双子座
65
及兔座
17
等。天
文学
家有时直呼它们的星表号，
这也是一种星名，
如猎户座星也叫
HD
39801
或
BD+7 1055
等（
HD
和
BD
分
别代表星表名）
。
这美丽星空的
88
个星座不是每个地区的人们都能看到，如北京地区只能看到
60
多个星座。由于地球的自转和公转，人们在不同地区、不同季节
、不同时间看到的星
空都不同。
3
．天体的视运动
< br>我们白天看到太阳东升西落，夜晚见到斗转
星移。这是由于地球处于不断的自转与
公转运动
中，因此仿佛看见天体在运动，这就是天体的视
运动。
（
1
）天体
的周日视动
地球自转是自西向东转，
24
小时一周，人在
地球上觉察不到地球运动，却看到天体都从
东方
升起、西方落下，这就是天体的周日视动。如果
你对着北极
星附近照相，采用长时间的曝光（如
长于
6
小时）
，底片上就会看到所
有天体围着北天极转的运动轨迹。
地
球上不同纬度处天极的高度等于当地的地
球纬度，站在不同纬度处的观测者，看到的天<
/p>
体的升落情况也不同。
站在两极观星。在地球北极或南极，天极与天顶重合，天赤道与真地平重合，此
时所看到的天
动的轨迹平行
所看到的天体
测者平行于地
北极只能看到<
/p>
星，永远看不
的星；而在南
南
半
天
球
的
到北半天球的
落。
站在赤道
观星。在地球赤道地区看到的情景是，所有天体都在垂直于地平面的平
面内运动，可看到
全天球的星；中午时，太阳当头照，立杆不见影。
体，
其周日运
于地平圈，
即
都
是
< br>围
绕
观
平打转转。
在
北
半
天
< br>球
的
到
南
半
天
球
极
只
能
看
到
星，<
/p>
永远看不
星。
在北半球
< br>夜里可看到北极星在天顶，其他北天球的星全围绕着天极平行于地平转圈，没有升与
站在赤道观星
站在两极和赤道之间观星
站在两极和赤道之间观星。
在此范围内，
天轴与
地平的倾角等于当地的地球纬度，
地球纬度越高，天极离地面越高，可看到的另外半天球
的星就越少。例如，在北京，
北极星的高度约
40
?，在昆明看到北极星的高度只有
25
?；而在赤道
以南地区，北极
星则不能看到。
（<
/p>
2
）太阳的周年视动
< br>由于地球公转，地球上的人们看到太阳在天球上相对其他恒星背景有视运动，这
叫
做太阳的周年视运动。一年内太阳“穿行”于沿黄道带的
12
个
星座，有人把这些
星座叫黄道十二星座。太阳在天球上的位置每个月移动一个星座。例如
，大约两千年
前，春分前后太阳在白羊座，以后依次经过金牛座、双子座、巨蟹座、狮子
座、室女
座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座、双鱼座。由于岁差的影响，现
今春
分日前后太阳的位置已移至双鱼座靠近宝瓶座的地方。
<
/p>
黄道与天赤道有两个交点，
太阳在周年视运动过程中沿黄道由天赤
道以南穿到天
赤道以北的那个交点叫春分点，从天赤道以北穿到天赤道以南的那个交点叫
秋分点；
黄道上与春分点相距
90
?且
在赤道以北的那一点叫夏至点，与夏至点相对的那一点叫
冬至点。太阳每年公历
3
月
21
日前后到达春
分点，
6
月
22
日前后到达夏至日，
9
月
23
日前后到达秋分点，
12
月
< br>22
日前后到达冬至点。
在地
球不同纬度处，
一年四季看到太阳的视运动是不一样的。
在北半
球中纬地区，
春分日和秋分日太阳正好位于天赤道上，早晨日出正东，傍晚落于正西，白
天、黑夜
等长。春分过后，太阳北移，太阳从东北方升起，西北方落下，白昼渐长，黑夜
渐短。
此后，正午时太阳高度逐渐增高，夏至日达到最高，白昼最长。夏至过后，太阳正
午
高度逐渐降低，白昼也逐渐变短，至秋分日又昼夜平分。秋分过后，太阳南移，正午<
/p>
高度继续降低，冬至日达到最低，白昼最短，太阳从东南方升起，西南方落下。
在赤道地区，春分日和秋分日中午太阳都位于头顶。从春分到秋分，太阳
在天顶
北；从秋分到春分，太阳在天顶南。一年中无论哪一天，太阳总沿着与地平圈垂直
的
路线直升直落，四季昼夜平分。
在
北极，从春分到秋分，有半年不落的太阳；而另外那半年，则是连续的沉沉黑
夜。
春分过后，
太阳每天一圈沿地平线打转，
十分
艰难地慢慢爬升，
到夏至爬到最高；
往后又缓慢下落，到秋分时
落下地平线，半年以后的下一个春分，才会再升起。南极
的情况与北极正好相反，从春分
日到秋分日太阳永不上升，而从秋分日到春分日太阳
永不下落。
在北极圈上，夏至日那天太阳不落，在半夜时它只和地平相切于北点；冬至日那