需要注意的是,本文只是一个简洁的入门,如果读者读完后遇到一些概念上的疑惑,可自行查询一些资料,例如:

【华中科技大学】天文漫谈 徐学军(全 66 讲)_哔哩哔哩_bilibili

天球坐标系_搜索_哔哩哔哩 - bilibili

也可以通过虚拟天文馆(Stellarium),来观察观察天体的坐标。或者玩 宇宙沙盘( Universe Sandbox )这款游戏来了解天体的运行

为了把信息分享给他人,一个参考坐标系必须被采用。天文家们使用的坐标系叫做天球坐标系。这么多年来,我们一直被教导头顶的星空不是一个围绕地球旋转的球体,但讽刺的是,这正是我们将要设想的坐标系。由于地球和天球的表面都是球体的表面(或者说近似于球体的表面),我们可以用两个坐标定义这些表面上的任何点。几乎和我们使用经度和纬度在地球表面上找到一个点一样,我们使用赤经(RA)和赤纬(DEC)在天球上找到物体。

# 天球的概念

为了方便大家理解下文,我在此先简单介绍一下所谓的天球。对于生活在当代的人,基本上每个人都知道天上星星的东升西落是地球绕着地轴自转导致的。然而假设我们生活在古代,我们可能会认为地球是静止的,天上的星星镶嵌在一个很大很大的球体的表面,而地球就位于这个球体的球心(中心),这个球体转动时,球面上镶嵌的星星也随之转动,于是就有了星星的东升西落。比如三体中墨子创建的天体运行的机械模型,就类似于这种。这个很大很大的球体就叫做天球,如下图所示。地球的南极和北极投射到天球上,就叫做天球的南极和北极,地球的赤道透射到天球上,就叫做天球赤道。

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图片来源:Astronomy: The Celestial Sphere (wsu.edu)

# 方位角和高度角

如果你今晚要出去,试着给别人看 “北斗七星”,你可能会指着那个天体,然后说它在哪个方位以及仰角是多少。方位角是从正北方向从发,围绕地平面顺时针转动得到的角度。它与罗盘的方向相对应,0° 代表正北,90° 代表正东,180° 代表正南,270° 代表正西。高度角代表了天体的高度,即天体和地平面面的夹角。高度角可以从 0°(在地平面上)到 90°(直接在头顶上)。一个很好的近似方法是在晚上把你的手放在你的眼前,保持一臂的距离,即把手臂彻底展开。这样的话,你的整个手(从大拇指到小拇指)约为 10°,每个手指大约是 2°。虽然高度角和方位角在夜间观测和显示其他星座和天体时很有用,但对我们而言用途不是很大。这是因为我们没有人能在完全相同的维度和经度,所以我这边北斗七星的高度角和方位角和你那边是不一样的。此外,随着物体的上升和下落,天体在天空中的位置也会改变(见下图)。

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# 赤经和赤纬

正如我们之前所提及的,赤经(RA)和赤纬(DEC)类似于经度和纬度。如果你想象地球的北极投射到天空中,这将和天球北极相对应。如果你把地球的赤道透射到天空中,这就相当于天球赤道。天球上的经度线叫做赤经。赤经的值是沿着天赤道上向东测量出来。它不是用度(°)来衡量的,而是用小时(h)、分钟(m)和秒(s)来衡量。天球转一圈需要 24h,对应了 360°,即赤经的 1h 对应 15°。我们把赤经的 0h 定义在经过春分点的赤经线那里(天球赤道和黄道有两个交点,一个为春分点,一个为秋分点。当太阳经过春分点时,此时称为春分,春分点即春天的第一天,昼夜相等,各有 12 小时)。赤纬和纬度相对应,用在天赤道以上或者以下的度数来表示。天赤道以上的天体具有正的度数,以下的天体具有负的读书。因为这个坐标系是相对于天球上的固定物体建立的,所以赤经和赤纬不会改变,可以与地球上的任何人共享。(见下图)

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# 实际应用和例子

# 光学:

现在我们已经掌握了天球坐标的知识,让我们通过观测光学星图的一部分来看看如何使用天球坐标(如果看不清的话可以放大,或者保存到本地查看),并做一些例子。我已经在星图上翻译了必要的内容,可以使用下面的图表来回答以下问题,答案在更下面。

发现恒星的名字和所在的星座

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寻找如下恒星的赤经和赤纬

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图片来源:http://astro.wsu.edu/worthey/astro/html/im-sky/cchart1a.jpg,绿色中文为星座名,红色中文为恒星名

答案如下

  • 编号 1:天狼星,大犬座
  • 编号 2:北河三,双子座
  • 编号 3:五车二,御夫座
  • 编号 4:7:30,+32
  • 编号 5:5:14,+46
  • 编号 6:5:13,-08

# 射电

下面是一些射电源的星空图(对于我们来说,只看图上的黑色小点就行了,即所谓的点源),这些点旁边的数字代表了它们的流量(类似于强度,单位为央斯基,即 Jansky),尝试一下这些例子,答案在更下面:

  • #1) 你把天线指向 05:33:00 RA,+21:59:00 Dec,然后在频谱上发现一个较高的峰,那么这个天体是?

  • #2) 你把天线指向 16:49:00 RA,+15:02:00 Dec,然后在频谱上发现一个较低的峰,那么这个天体是?

  • #3) 你把天线指向 12:29:00 RA,+12:31:00 Dec, 然后在频谱上发现一个较高的峰,那么这个天体是?

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关于射电的答案如下:

  • 编号 1:金牛座 A(Taurus A)

  • 编号 2:武仙座 A(Hercules A)

  • 编号 3:室女座 A(Virgo A)

注:A 这个字母后缀只是一种标记,相当于金牛座一号射电源、武仙座一号射电源、室女座一号射电源之类的。