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地平坐標系,又作地平座標系,是天球坐標系統中的一種,以觀測者所在地為中心點,所在地的地平線作為基礎平面,將天球適當的分成能看見的上半球和看不見(被地球本身遮蔽)的下半球。上半球的頂點(最高點)稱為天頂,下半球的頂點(最低點)稱為地底。

地平坐標系統是:

  • 高度角(Altitude, Alt)或仰角又稱地平緯度[1],是天體和觀測者所在地的地平線的夾角,有時就稱為高度或海拔標高(elevation, geometric height)。
  • 方位角(Azimuth, Az)又稱地平經度,是沿着地平線測量的角度(由正北方為起點向東方測量)。

因此地平坐標系有時也被稱為高度/方位(Alt/Az)坐標系統。

簡略的觀測

地平坐標系統是固定在地球上而不是恆星,所以天體出現在天球上的高度和方位會隨着時間,在天球上不停的改變。另一方面,因為基礎平面是觀測者所在地的地平面,所以相同的天體在相同的時間從不同的位置觀察,也會有不同的高度和方位。

地平坐標系在測量天體的出沒上非常的好用,當一個天體的高度為0°,就表示他位於地平線上。此時若其高度增加,就代表上升;若高度減少,便是下降。然而天球上所有天體的運動都受到由西向東的周日運動支配,所以與其笨拙的去觀察高度是增加或減少,不如改為觀察天體的方位更容易來判斷是上升或是下降:

當天體的方位在0°~180°之間(北方—東方—南方,亦即子午線之東)是上升

當天體的方位在180°~360°之間(南方—西方—北方,亦即子午線之西)是下降

但在下面的特殊位置則例外:

  • 在北極點,因為天頂就是北天極,所有的方向都是南方,所以無法定出方位,但這並不造成問題,因為所有天體的高度無論任何時間都不會改變,即既不升高也不降低,只繞北極星以逆時針轉動。(頭朝下感覺天星是順時針轉,抬頭望天,才看見天星逆時針轉)
  • 在南極,地面上所有方向都是北方,也會有與北極相同情況,只是所有星星皆繞天頂的南天極順時針轉動。
  • 在赤道,位於極點的天體會固定不動的永遠停留在地平線上的那一個點。(但實際上由於天極很接近地平線,在該處天體未必能直接看到)

需要注意的是:前面所考慮的衹是理論上的幾何地平,即不考慮地球大氣層對天體位置的影響,讓觀測者的地平線完全以理想的海平面構成。因為地球有弧度,實際上看見的視地平面會隨着觀測者的高度增加而降低(出現負值)。另一方面大氣層也會將地平線下半度的天體折射到地平線上[2]

視頻

地平坐標系 相關視頻

《航海學》在線公開課—天文航海之天球坐標系

參考文獻

  1. 地平高度,新浪博客,2015-01-14
  2. 地平圈和地平坐標系,個人圖書館,2019-4-11