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{{NoteTA
|1=zh-cn:坐; zh-tw:座; zh-hk:座;
}}
{{Infobox
|title= 天文坐標的方向
|image= [[File:celestial.gif|250px]]
|caption=<small>銀河、黃道與赤道坐標系統的方向，投影在天球上，顯示出銀河赤道（黑色）、銀河北極（NGP）、[[黃道]]（橘色）、黃道北極（NEP）、[[天球赤道]]（藍色）和[[天球北極]]（NCP）。太陽和地球未依比例顯示，但是正確的呈現太陽環繞銀河中心的軌道方向，和地球環繞太陽的軌道方向</small>
}}
'''天球坐標系統'''，是[[天文學]]上用來描繪天體在[[天球]]上位置的[[坐標系統]]。有許多不同的坐標系統都使用[[球坐標系|球面坐標]]投影在[[天球]]上，類似於使用在[[地球]]表面的[[地理坐標系統]]。這些坐標系統的不同處只在用來將天空分割成兩個相等[[球|半球]]的[[大圓]]，也就是[[基礎平面|基面]]的不同。例如，地理坐標系統的基面是地球的[[赤道]]。每個坐標系統的命名都是依據其所選擇的基面。

== 坐標系統 ==
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{| class="wikitable"
|-
! 坐標系統<ref>{{cite web 
 |url=http://www.faculty.virginia.edu/ASTR5610/lectures/COORDS/coords.html 
 |title=Coordinate Systems 
 |last=Majewski 
 |first=Steve 
 |publisher=UVa Department of Astronomy 
 |access-date=19 March 2011 
 |archive-date=12 March 2016 
 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160312195329/http://faculty.virginia.edu/ASTR5610/lectures/COORDS/coords.html 
 |url-status=dead 
 }}</ref>
! 基面
! 極
! 坐標
|-
|- style="text-align:center;"
| [[地平坐標系|地平]]<br />（也稱為Alt/Az或Az/El）
| [[地平線|地平面]]
| [[天頂]]/[[天底]]
| 高度（也稱為仰角） - [[方位]] - [[子午圈]]
|-
|- style="text-align:center;"
| [[赤道坐標系統|赤道]]
| [[天球赤道]]
| [[天極]]
| [[赤緯]] - [[赤經]]或[[時角]]
|-
|- style="text-align:center;"
| [[黃道坐標系|黃道]]
| [[黃道]]
| [[黃極 (天文)|黃極]]
| [[黃緯]] - [[黃經]]
|-
|- style="text-align:center;"
| [[银道坐标系|銀河]]
| [[銀河平面]]
| [[银道坐标系|銀極]]
| 銀經 - 銀緯
|-
|- style="text-align:center;"
| [[超星系坐標系統|超星系]]
| [[超星系坐標系統|超星系平面]]
|
|
|}
=== 地平坐標系統 ===
{{Main|地平坐標系}}
在''地平''或高度方位系統，觀測者位於地球上，圍繞著自身的自轉軸每一[[恆星日]]（23h56m）相對於固定的[[恆星]]背景旋轉一周。在地平系統中，天體位置的定位主要用於計算出與沒的短暫時間，例如，太陽升起和沉沒時間的計算。過去它也用於導航，例如，確定行星位置的高度與方位，依據時間確定船隻正確的經度和緯度。許多望遠鏡也採用經緯儀的架台，然後依據時間、地理位置，利用電腦計算天體在地平上的位置（高度和方位）。

=== 赤道坐標系統 ===
{{Main|赤道坐標系統}}
''赤道''坐標系統以地球的中心為中心並且固定住環繞我們的天空，因此它看起來與地球固定在一起，而我們在地球的表面上繞著自身的軸旋轉。赤道坐標描述的天空，包括所見的太陽系，和現在所有的星圖幾乎全都用赤道坐標來繪製，而古代的東方天文學家早已使用這種坐標繪製星圖。

''赤道''系統是專業天文學家最常用的坐標系統，業餘天文學家也使用赤道系統的架台在夜晚追蹤天空的運動。天體被調整好的望遠鏡或其它種類的儀器找到之後，這些天體就會使用與赤道坐標匹配來標示它們的位置。

最常被選用的赤道系統是古老的[[曆元|1950分點]]或現代的[[曆元|2000分點]]，但也可以使用標示日期的赤道系統，意味著必須考量日期的需要，例如對一顆行星或太空船位置的測量。也有細分到“平均日”坐標，它們採用平均值而忽略[[章動]]和包含章動的"真正日期"。

=== 黃道系統 ===
{{Main|黃道坐標系}}
黃道坐標系統是一種古老的坐標系統，使用在[[天文學]]和[[占星術]]上未分家前的星圖上，特別是在西方世界。

黃道系統描述的是行星環繞太陽移動的軌道，它的中心在太陽系的重心，也就是太陽的位置。它的基本平面是地球的軌道面，稱為黃道面。在行星科學中被大量使用，像是計算行星的位置和其他重要的行星軌道參數：傾角、升交點、降交點、近日點位置等等。

=== 銀河系統 ===
{{Main|银道坐标系}}
銀河系統是以我們的太陽系為中心，指向銀河中心的方向為是0點的位置，而基本平面大致上與銀河盤面一致，但是有固定的標準。當然，銀河系統是用來決定星際物體在銀河中的相關位置。

=== 超星系系統 ===
{{Main|超星系坐標系統}}
'''超星系坐標系統'''也是天球坐標系統之一，他的[[赤道]]是校準在'''超星系平面'''上。這個系統用於在地的宇宙之中，主要是參考鄰近的[[星系團]]，包含[[室女座星系團]]、[[巨引源]]和[[英仙-雙魚超星系團]]等，在平面（二維空間）的分布狀態。

經由會議決定，超星系的經度和緯度類比於[[银道坐标系]]的銀經（l）和銀緯（b），分別標示為SGL和SGB，坐標經度的起點（SGL=0）定義為銀河平面與超星系平面的交叉點。

== 地平緯度 ==
{{see|地平坐標系}}
地平緯度，也可以稱為''高度角''（Altitude）或''仰角''，指的是從天文[[地平線]]（0°）  垂直向上量取到[[天頂]]（+90°）的[[角度]]。它還可以用負值延伸到地平線下最低點的[[天底]]（-90°）。雖然有些地方會使用''高度''或海拔標高（elevation, geometric height）一詞取代''仰角''，但高度通常會被理解為一種直線單位的距離，像是[[公尺]]（米，或是任何其他的長度單位），並不建議將它當成是一個角度的距離。

在天文學中更常被使用的名詞是'''天頂距'''，這是仰角的[[餘角]]，也就是天頂是0 °，在地平線上是90 °，最低點的天底是180 °。

== 坐標轉換 ==
=== 赤道坐標轉地平坐標 ===

令<math>\delta</math>为[[赤纬]]，<math>H</math>为[[时角]]。

令<math>\phi</math>为观察者所在的[[緯度|地理纬度]]。

令<math>a</math>为[[#地平緯度|高度角]]，<math>A_N</math>为[[方位角]] (以北方為 0 度的北方位角)。

令θ是[[天頂]]距，也就是仰角的餘角90°- <math>a</math>。

則轉換的方程式是：

:<math>\sin \mathrm{a} = \cos \theta = \sin \phi \cdot \sin \delta + \cos \phi \cdot \cos \delta \cdot \cos H</math>

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:<math>\cos \mathrm{A_N} = \cos \mathrm{(360-A_N)} = \frac{\cos \phi \cdot \sin \delta - \sin \phi \cdot \cos \delta \cdot \cos H}{\cos \mathrm{a}}.</math>

算出等號右側的數值後，使用[[反三角函數]]即可以得到坐標 <math>(A_N, a)</math> 或 <math>(A_N, \theta)</math> 的數值。

注意：在 0 到 360 度的範圍，反餘弦有兩組解，因為 <math>\cos A_N = \cos (-A_N) = \cos(360-A_N)</math>。例如160°和200°有相同的餘弦值。所以，如果求解的角度不在反餘弦函數的定義域範圍，即 0 度到 180 度之間，就需要作適當調整。如果<math>H < 180</math>°（或徑度量的<math>\pi</math>），則表示觀察的星體偏西方，應該 <math>A_N > 180</math> 才對。因此，反餘弦所得到的值，預設為 <math>A_N</math>（介於 <math>[0,180]</math>），要修正為 <math>360 - A_N</math>（介於 <math>[180,360]</math>）度才對。至於用 <math>\arcsin</math> 來求 <math>a</math> 並不需要調整，因為它的定義域在 <math>[-90,+90]</math> 度，可代表地平以下及以上的高度角。

==== 南方位角及北方位角 ====
另外需要特別注意的是，上列方程式算出來的方位角 <math>A_N</math> 精確地說是由北方為 0 度，順時鐘方向測量所得的'''北方位角'''。但某些觀星者或航海人習慣以南方為 0 度，測量星體與南方的夾角，我們可稱這樣的方位角為'''南方位角'''，以 <math>A_S</math> 表示。

南方位角<math>A_S</math>的計算式與上列等式稍有不同。主要是上列公式的第二式等號右侧要變負號。原因是北方位角跟南方位角的 X 座標一北一南，正負符號相反。而這一項與地平座標的 X 座標有關。至於第一個等式，與他們的 Z 座標有關，兩個值相同，不必變號。因此，其計算公式變為：

:<math>\sin \mathrm{a} = \cos \theta = \sin \phi \cdot \sin \delta + \cos \phi \cdot \cos \delta \cdot \cos H</math>

<!-- extra blank line for legibility -->

:<math>\cos \mathrm{A_S} = \cos(360-A_S)= \frac{- \cos \phi \cdot \sin \delta + \sin \phi \cdot \cos \delta \cdot \cos H}{\cos \mathrm{a}}.</math>

同樣的，用反餘弦所算出來的角度可能是真正的 <math>A_S</math> 或 <math>360 - A_S</math>，也可能需要調整，但調整條件變成：如果<math>H > 180</math>°（或徑度量的<math>\pi</math>），<math>A_S</math> 也會大於 180 度，反餘弦所算得的值，預設為 <math>A_S</math>，便需調為 <math>360 - A_S</math>.

不論用上列哪套公式，南方位角跟北方位角其實只差 180 度。算出其一後，用 <math>A_N = A_S + 180</math> 換算，並調整到 <math>[0,360]</math> 度的範圍，即可算出另一種方位角，不需要再費時去計算三角函數與反函數。

== 参见 ==
{{Portal box|天文学}}
* [[轉軸傾角]]
* [[方位角]]
* [[傾角]]
* [[古在機制]]
* 軌道傾角變化

== 参考文献 ==
{{Reflist}}

== 外部連結 ==
{{Commons category|天球坐標系統}}
* ''This article was originally based on Jason Harris' Astroinfo which comes along with [[KStars]], a [http://edu.kde.org/kstars/ KDE Desktop Planetarium]{{Wayback|url=http://edu.kde.org/kstars/ |date=20150909201243 }} for [[Linux]]/[[KDE]].''

{{軌道}}
{{天球坐標}}

[[Category:天球坐标系统| ]]
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[[Category:地图学]]
[[Category:導航]]
[[Category:天文学概念]]