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地平坐标系,又作地平座标系,是天球坐标系统中的一种,以观测者所在地为中心点,所在地的地平线作为基础平面,将天球适当的分成能看见的上半球和看不见(被地球本身遮蔽)的下半球。上半球的顶点(最高点)称为天顶,下半球的顶点(最低点)称为地底。

地平坐标系统是:

  • 高度角(Altitude, Alt)或仰角又称地平纬度[1],是天体和观测者所在地的地平线的夹角,有时就称为高度或海拔标高(elevation, geometric height)。
  • 方位角(Azimuth, Az)又称地平经度,是沿着地平线测量的角度(由正北方为起点向东方测量)。

因此地平坐标系有时也被称为高度/方位(Alt/Az)坐标系统。

简略的观测

地平坐标系统是固定在地球上而不是恒星,所以天体出现在天球上的高度和方位会随着时间,在天球上不停的改变。另一方面,因为基础平面是观测者所在地的地平面,所以相同的天体在相同的时间从不同的位置观察,也会有不同的高度和方位。

地平坐标系在测量天体的出没上非常的好用,当一个天体的高度为0°,就表示他位于地平线上。此时若其高度增加,就代表上升;若高度减少,便是下降。然而天球上所有天体的运动都受到由西向东的周日运动支配,所以与其笨拙的去观察高度是增加或减少,不如改为观察天体的方位更容易来判断是上升或是下降:

当天体的方位在0°~180°之间(北方—东方—南方,亦即子午线之东)是上升

当天体的方位在180°~360°之间(南方—西方—北方,亦即子午线之西)是下降

但在下面的特殊位置则例外:

  • 在北极点,因为天顶就是北天极,所有的方向都是南方,所以无法定出方位,但这并不造成问题,因为所有天体的高度无论任何时间都不会改变,即既不升高也不降低,只绕北极星以逆时针转动。(头朝下感觉天星是顺时针转,抬头望天,才看见天星逆时针转)
  • 在南极,地面上所有方向都是北方,也会有与北极相同情况,只是所有星星皆绕天顶的南天极顺时针转动。
  • 在赤道,位于极点的天体会固定不动的永远停留在地平线上的那一个点。(但实际上由于天极很接近地平线,在该处天体未必能直接看到)

需要注意的是:前面所考虑的衹是理论上的几何地平,即不考虑地球大气层对天体位置的影响,让观测者的地平线完全以理想的海平面构成。因为地球有弧度,实际上看见的视地平面会随着观测者的高度增加而降低(出现负值)。另一方面大气层也会将地平线下半度的天体折射到地平线上[2]

视频

地平坐标系 相关视频

《航海学》在线公开课—天文航海之天球坐标系

参考文献

  1. 地平高度,新浪博客,2015-01-14
  2. 地平圈和地平坐标系,个人图书馆,2019-4-11