天文观测的基础知识

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。星体的大小一般用视角直径（简称角直径），即从地球上看去它所张的角来表示。同样，视角直径也不是天体的真实大小。例如，月亮和太阳的视角直径大

约都是1/2度，但月亮的大小与太阳相比简直可以忽略不计，只是由于月亮离地球很近才看起来很大。

（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。

除了赤道坐标系外，天文观测中常用的天球坐标系还有地平坐标系、时角坐标系（也称第一赤道坐标系）、黄道坐标系等，它们是以天球上不同的基本点、基本圈为基础建立起来的。有关天球上各基本点、基本圈的定义，怎样以它们为基础建立起各种天球坐标系，不同坐标系的特点以及它们之间的相互关系，请参见附录。

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α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δ的值也只由天体和天赤道决定；因此，一个天体的（α，δ）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（α，δ）表示天体的位置。

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和地平高度h，就可以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15º，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。

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

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

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，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α（参宿四）、猎户座β（参宿七）、猎户座γ（参宿五）、猎户座δ（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61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α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

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

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