業餘天文學入門（三）| 星空是怎樣運行的(下)
Part 2 人類視角下的宇宙
這一部分我們將簡要講解天球坐標系，要理解這部分內容，可能需要一定的地理和立體幾何知識。
在人類的視角下，宇宙中的所有天體都投影在一個環繞著我們的球面——天球上。地球的地心位於這個球面的球心，從地球兩極延伸出去的地軸在天球上成為南北天極（北天極就在北極星附近），而地球赤道投影到天球上就是天球赤道。地球在圍繞著地軸自轉，在我們看來就是天球每天環繞著天極旋轉一周。
站在地球表面的觀測者在任何時刻都只能看見一半的天球，以觀測者的地平線為界。觀測者正上方的點稱為天頂，而正下方的點稱為天底（當然，被大地擋住看不見）。
由於地球繞著太陽公轉，從地球上看，太陽就像在一年間在天球上走了一圈。這個軌跡稱為黃道。類似的，月球運動的軌跡在天球面上的投影稱為白道。
太陽在天球面上沿黃道運動，它所在的半個天球面被照亮，此時這個區域的星空就無法在夜間觀測。在夏天，太陽在夏至點附近，此時這半個天球上的諸如獵戶、雙子等星座就很難觀測到，另外半個天球的天鷹、天鵝等星座卻是夜空的常客；而當冬天來臨，太陽運行到冬至點附近，情況則截然相反。
既然太陽在天球面上運動，周期是一年，我們很容易就能算出，每天我們看到天球面上的同一位置的時間比前一天提早4分鐘左右（因為我們計時是以太陽作為參考而不是天球面上不動的恆星，所以一天並不是地球自轉一圈的時間）。
在我們看來，天球面上的恆星繞著地軸在轉動，在北半球就是繞著北極星附近的北天極。如果用相機長曝光，就能拍出漂亮的星軌。
那麼，如何描述天體在天球面上的位置呢？
最樸素的想法是使用所謂地平坐標系，即採用天體的方位角和高度角來描述。然而，這樣天體的位置會隨著時間以及觀測者所處的地理位置的變化而變化。唐代劉商的《胡笳十八拍》中寫蔡文姬在匈奴見到北斗星出現在南方（「天翻地覆誰得知，如今正南看北斗」），就體現了天體方位角和高度角隨觀測者地理位置的變化。
為了能固定地描述天體在天球上的位置，人們引入了赤道坐標系。它相當於將地球的經緯線投影到天球面上，用天球面上的赤經(R.A.)和赤緯(DEC.)來描述天體的位置。赤經採用時間表示，從0時到24時（這樣是為了方便計算，其實和用角度表示是一樣的，1°等於赤經4分鐘），0時線（相當於地球上的本初子午線）經過黃道上的春分點。赤緯則和地球上的緯度區別不大，例如北極星就是在接近赤緯90°N的位置。
更多關於天球坐標以及時間紀元的知識，可以參閱湖南科學技術出版社出版的《諾頓星圖手冊》。我們建議希望更專業地了解業餘天文學和實踐天文學的讀者自備此書，它附帶的全天星圖和一些常用表格都是十分實用的。
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