- 相關(guān)推薦
天文學(xué)基礎課程論文
摘要：天文學(xué)是一門(mén)最古老的科學(xué)，他一開(kāi)始就和人類(lèi)的勞動(dòng)和生存密切相關(guān)。他同數學(xué)、物理、化學(xué)、生物、地學(xué)同為六大基礎學(xué)科。大地天文學(xué)也是由來(lái)已久，從公元前開(kāi)始到現在，從用傳統的方法到現在的各種精密的測量?jì)x器，經(jīng)歷了翻天覆地的變化。本文主要從大地天文學(xué)的基礎概念入手，主要利用大地天文學(xué) 只是來(lái)測定經(jīng)緯度和其他，從而確定地面點(diǎn)的位置�；A知識主要有天球上基本的概念，天球與地球的關(guān)系以及天球與地球坐標系的關(guān)系與轉換，運用這些關(guān)系，確定的一些大地天文學(xué)的測量方法和在各種方面的應用。
關(guān)鍵字：大地天文學(xué)，天球坐標系，坐標系轉換，測量方法與應用
Abstract: astronomy is a one of the oldest science, he started and is closely related to the ministry of Labour and survival of human beings. He with mathematics, physics, chemistry, biology, study as the six basic subjects. Astronomy earth also has a long history, from the beginning to now, from the traditional way to the present all kinds of precision measuring instruments, undergone earth-shaking changes. This article mainly from the basic concept of the astronomy, the main use of the land of astronomy is to determine the latitude and longitude and the other, to determine the position of the ground points. Basic knowledge is mainly on the basic concept, the celestial sphere celestial's relationship with the earth and the relationship between the celestial coordinate system with earth and transformation, using these relationships, determine some of the astronomy measurement on the methods and applications in various aspects.
Key words: the astronomy, celestial coordinate, coordinate transformation, measuring method and application
目 錄
摘 要 ......................................................................................................................... 1
一 、大地天文學(xué)基本概念 ......................................................................................... 1
二 、大地天文學(xué)的發(fā)展概況 ..................................................................................... 1
三 、天球的基本概念 ................................................................................................. 2
3.1天球的定義 ......................................................................................................................... 2
3.2 天球的分類(lèi) ........................................................................................................................ 2
3.3天球的兩個(gè)特性 ................................................................................................................. 2
3.4 關(guān)于天球的基本知識 ........................................................................................................ 2
四 、天球與地球的相關(guān)關(guān)系......................................................................................................... 3
4.1 天球上與地球公轉有關(guān)的圈、線(xiàn)、點(diǎn) .......................................................................... 3
4.2 天球上與地球自轉有關(guān)的圈、線(xiàn)、點(diǎn) .......................................................................... 5
五 、天球坐標系 ............................................................................................................................ 6
5.1 天球坐標系分類(lèi) .............................................................................................................. 6
5.1.1 地平天球坐標系 ................................................................................................... 7
5.1.2 時(shí)角天球坐標系 ................................................................................................... 8
5.1.3 赤道天球坐標系 ................................................................................................... 9
5.1.4 黃道天球坐標系： ............................................................................................... 9
5.2 天球坐標系之間的轉換 .................................................................................................. 9
5.2.1 天文坐標與天球坐標之間的關(guān)系 ..................................................................... 10
5.2.2 地平坐標與時(shí)角坐標之間的關(guān)系 ..................................................................... 10
5.2.3 天球直角坐標系及其轉換 ................................................................................. 11
六 、大地天文學(xué)的方法及應用................................................................................................... 13
參考文獻 ........................................................................................................................................ 15
大地天文學(xué)
一 、大地天文學(xué)基本概念 大地天文學(xué)是天文學(xué)的一個(gè)分支,也是大地測量的一個(gè)重要組成部分。它的重要任務(wù),是用天文方法觀(guān)測天體的位置來(lái)確定地面點(diǎn)在地球上的位置(經(jīng)緯度)和某一方向的方位角,以供大地測量和其他有關(guān)的科學(xué)技術(shù)部門(mén)使用. 這是天體測量學(xué)與大地天文學(xué)的邊緣學(xué)科，在測站（通常稱(chēng)為天文點(diǎn)）使用天體測量?jì)x器觀(guān)測天體以測定天文經(jīng)度和緯度，也可測定測站至相鄰固定目標的方位角從而確定測站的子午線(xiàn)。
大地天文學(xué)的傳統課題包括：①測定地面點(diǎn)的天文經(jīng)度，就是在同一瞬間測定地面上一點(diǎn)與本初子午線(xiàn)上的地方時(shí)之差。該點(diǎn)上的時(shí)刻可使用經(jīng)緯儀、中星儀、棱鏡等高儀以及照相天頂筒等儀器測定；本初子午線(xiàn)上的地方時(shí)則可通過(guò)收錄無(wú)線(xiàn)電時(shí)號求得。②測定地面點(diǎn)的天文緯度。這等同于測定地面點(diǎn)的天極高度。該點(diǎn)的緯度可使用帶有緯度水準的經(jīng)緯儀、天頂儀、棱鏡等高儀以及照相天頂筒等儀器測定。③地面目標方位角的測定。這等同于確定某天文點(diǎn)的子午線(xiàn)方向。觀(guān)測恒星，測定其時(shí)角，算出它的方位角，然后測定該瞬間恒星與地面目標之間的水平角，從而得到目標的方位角。這些任務(wù)都包含對各種誤差的分析及對削弱和消除誤差的研究。近代已能測定地面點(diǎn)在以地心為原點(diǎn)的三維直角坐標系中的地心直角坐標，用諸如甚長(cháng)基線(xiàn)干涉測量、激光測距、全球定位系統測量等技術(shù)，精度可達幾厘米量級。
二 、大地天文學(xué)的發(fā)展概況
大地天文學(xué)是天文學(xué)中發(fā)展最早的一個(gè)分支。公元前3世紀，古希臘天文學(xué)家用觀(guān)測夏至日正午太陽(yáng)高度的方法測定了子午線(xiàn)的長(cháng)度。公元8世紀，中國天文學(xué)家一行(本名張遂，683～727)等通過(guò)觀(guān)測北極星高度推算出了子午線(xiàn)1°的弧長(cháng)。元代天文學(xué)家郭守敬(1231～1316)組織過(guò)全國范圍的緯度測量。然而，直到17世紀光學(xué)望遠鏡、測微器與天文鐘問(wèn)世以后，才形成精密的大地天文學(xué)�，F代大地天文學(xué)的測量設備包括天文觀(guān)測儀器、守時(shí)儀器、記時(shí)儀器和無(wú)線(xiàn)電接收機。 天文觀(guān)測儀器主要是全能經(jīng)緯儀，也可用中星儀和棱鏡等高儀等。守時(shí)儀器已全部采用石英鐘。記時(shí)儀器用以記錄觀(guān)測恒星的時(shí)刻。無(wú)線(xiàn)電接收機則用
以收錄時(shí)號。為提高觀(guān)測精度和效率，各國都在研制新的觀(guān)測儀器，例如美國的自動(dòng)天文定位系統、方位角監測儀，意大利的天頂攝影機等。
三 、天球的基本概念
3.1天球的定義
各個(gè)天體同地球上的觀(guān)測者的距離都不相同。天體和觀(guān)察者間的距離與觀(guān)測者隨地球在空間移動(dòng)的距離相比要大得多，人的肉眼分辨不出天體的遠近，所以看上去天體似乎都離我們一樣遠，仿佛散布在以觀(guān)測者為中心的一個(gè)圓球的球面上（站心天球）。實(shí)際上我們看到的是天體在這個(gè)巨大的圓球的球面上的投影位置，這個(gè)圓球就稱(chēng)為天球。
3.2 天球的分類(lèi)
文學(xué)上就將以空間某一點(diǎn)為中心，以無(wú)限大為半徑，內表面分布著(zhù)各種各樣天體的球面稱(chēng)為天球。天球是研究天體的位置和運動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)半徑為無(wú)限大的假想圓球，想象中所有天體都附著(zhù)在天球表面上。根據所選取的天球中心不同，有站心天球、日心天球、地心天球等。
3.3天球的兩個(gè)特性
由于天球的半徑可視為無(wú)窮大，在空間任何有限的距離與天球半徑相比，都微小到可以忽略不計。因此天球具有下面兩個(gè)特性：
1)相距有限距離的所有平行直線(xiàn)，向同一方向延長(cháng)與天球交于一點(diǎn)。
2)相距有限距離的所有平行平面天球交于同一大圓。
3.4 關(guān)于天球的基本知識
觀(guān)測者所能直接辨別的只是天體的方向。在球面上處理點(diǎn)和弧段的關(guān)系，比在空間處理視線(xiàn)方向間的角度要簡(jiǎn)便得多，在天文學(xué)的一些應用中，都用天體投影在天球上的點(diǎn)和點(diǎn)之間的大圓弧段來(lái)表示它們之間的位置關(guān)系。天球的半徑是任意選定的，可以當作數學(xué)上的無(wú)窮大。
我們站在地球上仰望星空，看到天上的星星好像都離我們一樣遠。星星就好
像鑲嵌在一個(gè)圓形天幕上的寶石。實(shí)際上星星和我們的距離有遠有近，我們看到的是它們在這個(gè)巨大的圓球球面上的投影，這個(gè)假想的圓球就稱(chēng)為天球，它的半徑是無(wú)限大。而地球就懸掛在這個(gè)天球中央。星星在天空中移動(dòng)的方向并不是雜亂無(wú)章的，而且星座的形狀并不會(huì )改變。星星從東方的地平線(xiàn)爬上來(lái)，爬到最高點(diǎn)（中天），然后往西方沉下去�？雌饋�(lái)就像整個(gè)天球圍繞著(zhù)地球旋轉一樣。相信大家都明白，地球并不是宇宙的中心，星體并不會(huì )繞著(zhù)地球轉。星體在天空中繞著(zhù)我們旋轉，是因為地球自轉而產(chǎn)生的錯覺(jué)，天球本身是不會(huì )移動(dòng)的。我們身在地球中，并不會(huì )感覺(jué)自己在轉動(dòng)的，就好像們乘坐火車(chē)時(shí)看見(jiàn)窗外的景物向后移動(dòng)，而并不感覺(jué)到自己在移動(dòng)中。
天球是一個(gè)直觀(guān)的假象球，其形成的原因是人的肉眼分辨不出天體的遠近。設在地球中心照準空間遠近不等的天體，將各天體方向線(xiàn)延長(cháng)與天球相交的各投影點(diǎn)稱(chēng)為各天體在天球上的位置。顯然，就存在有兩個(gè)或多個(gè)天體在天球上的投影位置是重合的。
四 、天球與地球的相關(guān)關(guān)系
4.1 天球上與地球公轉有關(guān)的圈、線(xiàn)、點(diǎn)
黃道在天球上的位置較難確定。所謂黃道是指地球繞著(zhù)太陽(yáng)運行的公轉軌道平面無(wú)限擴大與天球相交截出的大圓，它也是地球公轉軌道在天球上的投影。地球每年繞太陽(yáng)運行一周，但在地球上的人們看來(lái)，卻好像是太陽(yáng)在天空眾星之間繞地球轉圈。因此，黃道也就是太陽(yáng)每年在天球上所作視運動(dòng)的路線(xiàn)。
黃道面是地球繞太陽(yáng)系質(zhì)心運動(dòng)的平均軌道平面，將這一平面延伸與天球相交的大圈稱(chēng)為黃道；過(guò)天球中心作一條直線(xiàn)垂直與黃道面，這條直線(xiàn)與天球相交于K和K′兩點(diǎn)，靠近北天極的K點(diǎn)稱(chēng)為北黃極，靠近南天極的K′點(diǎn)稱(chēng)為南黃極。黃道面與赤道面的夾角稱(chēng)為黃赤交角，一般用ε來(lái)表示，其值約為23.5。天球上距離黃道90°的兩點(diǎn)，即黃道軸與天球相交的兩點(diǎn)，稱(chēng)黃極�？拷碧鞓O的一點(diǎn)叫北黃極（通常用K表示），靠近南天極的一點(diǎn)叫南黃極（通常用K′表示）。
二分點(diǎn)和二至點(diǎn)：天球上黃道與赤道相交于和兩點(diǎn)，稱(chēng)為二分點(diǎn)，即春分點(diǎn)
和秋分點(diǎn)。在黃道上距春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)90的兩個(gè)點(diǎn)稱(chēng)為二至點(diǎn)，即夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)，其中在赤道以北（最北）的那一點(diǎn)稱(chēng)為夏至點(diǎn)。在赤道以南（最南）的那一點(diǎn) 稱(chēng)為冬至點(diǎn)。
二分圈和二至圈：在天球上通過(guò)天極、春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)的大圈，稱(chēng)為二分圈。在天球上通過(guò)天極、夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)的大圈，稱(chēng)為二至圈。
4.2 天球上與地球自轉有關(guān)的圈、線(xiàn)、點(diǎn)，我們要經(jīng)常用到的基本圈、線(xiàn)、點(diǎn)為：
天軸和天極：通過(guò)天球中心（這里為測站點(diǎn)）而與地球瞬時(shí)自轉軸pp′相平行的直線(xiàn)PP′稱(chēng)為天軸，它與天球相交的兩點(diǎn)P和P′稱(chēng)為天極。相應地球北極p的一點(diǎn)P稱(chēng)為北天極，相應地球南極p′的一點(diǎn)P′稱(chēng)為南天極。
天頂和天底：測站的瞬時(shí)鉛垂線(xiàn)ZZ′與天球相交于Z和Z′兩點(diǎn)，在觀(guān)測者頭頂上方的Z點(diǎn)稱(chēng)為天頂，與天頂相對的Z′點(diǎn)稱(chēng)為天底。
天球地平面和天球地平圈：通過(guò)天球中心而垂直于測站瞬時(shí)鉛垂線(xiàn)ZZ′的平面ESWN稱(chēng)為天球地平面，它與天球相交的大圈稱(chēng)為天球地平圈。
天球上的主要圈、線(xiàn)、點(diǎn)
天球赤道面和天球赤道：通過(guò)天球中心而與天軸PP′垂直的平面EQWQ′稱(chēng)為天球赤道面（簡(jiǎn)稱(chēng)赤道面），它與天球相交的大圈EQWQ′稱(chēng)為天球赤道（簡(jiǎn)稱(chēng)赤道）。其中在天球地平面之上的赤道圈上的點(diǎn)Q稱(chēng)為赤道上點(diǎn)；與赤道上點(diǎn)Q相對應的另一點(diǎn)Q′稱(chēng)為赤道下點(diǎn)。
天球子午面和天球子午圈：由測站鉛垂線(xiàn)ZZ′和北天極P所決定的平面PZP′Z′N(xiāo)稱(chēng)為天球子午面（或稱(chēng)天文子午面），它與天球相交的大圈稱(chēng)為天球子午圈（或稱(chēng)天文子午圈）。也可以說(shuō)通過(guò)測站天頂Z和北天極P的大圈即為測站的天文子午圈。其中包含天頂Z和赤道上點(diǎn)Q的半圓PZQSP′稱(chēng)為上子午圈，相對的另一半PNQ′Z′P稱(chēng)為下子午圈。
子午線(xiàn)和四方點(diǎn)：天球子午面與天球地平面垂直，它們的交線(xiàn)NS稱(chēng)為子午線(xiàn)。子午線(xiàn)與天球相交于兩點(diǎn)，靠近北天極的那一點(diǎn)N稱(chēng)為北點(diǎn)，和它相對的另一點(diǎn)S稱(chēng)為南點(diǎn)。觀(guān)測者面向北，在右方地平圈上距南北點(diǎn)各90度的E點(diǎn)稱(chēng)為東點(diǎn)，在左方與東點(diǎn)相對稱(chēng)的一點(diǎn)W稱(chēng)為西點(diǎn)。東南西北四個(gè)方向點(diǎn)稱(chēng)為四方點(diǎn)。東西兩點(diǎn)也是天球赤道圈與天球地平圈的兩個(gè)交點(diǎn)。
垂直圈和卯酉圈：通過(guò)天頂和天底的任意大圈，例如ZbZ′稱(chēng)為垂直圈。其中過(guò)東西點(diǎn)的垂直圈稱(chēng)為卯酉圈。
時(shí)圈：通過(guò)北天極和南天極或包含天軸的任意大圈，例如PbP′稱(chēng)為時(shí)圈。 我們在地球上隨著(zhù)地球的自轉而不停地繞著(zhù)地球自轉軸由西向東旋轉。所以我們相對地看到地球上的日月星辰都像隨著(zhù)天球繞著(zhù)地球由東向西旋轉，每日旋轉一周。因而產(chǎn)生天體東升西落的現象。這種直觀(guān)的由于地球由西向東自轉而產(chǎn)生的天球或天體的視運動(dòng)，稱(chēng)為天球周日視運動(dòng)或天體周日視運動(dòng)。
在周日視運動(dòng)中不變的圈、點(diǎn)為：南北天極、地方性圈、點(diǎn)（如：子午圈、地平圈、天頂、天底、四方點(diǎn)等）。赤道則在赤道面上原位旋轉。其他的圈線(xiàn)點(diǎn)則均繞天軸旋轉。
五 、天球坐標系
5.1 天球坐標系分類(lèi)
為了表示天體在天球上的位置和進(jìn)行天文測量的需要，需在天球上建立球面坐標系。要建立天球坐標系，須首先確定兩個(gè)基本要素，如圖（5-1）所示：
1）基本平面，由天球上某一選定的大圓所確定。大圓稱(chēng)為基圈，基圈的兩個(gè)幾何極之一作為球面坐標系的極。
2）原點(diǎn)，由天球上某一選定的過(guò)坐標系極點(diǎn)的大圓與基圈的交點(diǎn)所確定。 天體在天球坐標系中的位置由兩個(gè)球面坐標標定，如圖（5-1）所示：
1）經(jīng)向坐標，作過(guò)該點(diǎn)和坐標系極點(diǎn)的大圓稱(chēng)為副圈（或終圈），從原點(diǎn)到副圈與基圈交點(diǎn)的弧長(cháng)為經(jīng)向坐標。
2）緯向坐標，從基圈上起沿終圈到該點(diǎn)的大圓弧長(cháng)為緯向坐標。天球上任何一點(diǎn)的位置都可以由這兩個(gè)坐標唯一地確定。這樣的球面坐標系是正交坐標系。對于不同的基圈和原點(diǎn)，以及經(jīng)向坐標所采用的不同量度方式，可以引出不
同的天球坐標系，常用的有地平坐標系、赤道坐標系、黃道坐標系和銀道坐標系等。
地平天球坐標系是一種最直觀(guān)的天球坐標系，和我們日常的天文觀(guān)測關(guān)系最為密切。取測站的地平圈作為基圈（橫坐標圈），子午圈作為次圈（縱坐標圈），南點(diǎn)為原點(diǎn)的球面坐標系，稱(chēng)為地平坐標系。它用地平緯度（高度）h或天頂距Z和地平經(jīng)度（方位角）A來(lái)表示天體在天球上的位置。
地平高度h和天頂距z:過(guò)天體ζ作一個(gè)垂直圈，設它與地平圈相交于A(yíng)點(diǎn)。
從A點(diǎn)沿垂直圈量至天體ζ的弧距Aζ稱(chēng)為天體的地平高度、或地平緯度、或垂直角，常用h表示。h從地平圈起算，向天頂量為正，向天底量為負，其值由0到±90。
由天頂至天體的弧距離Zζ，或在天體垂直面上的平面角∠ZOζ，稱(chēng)為天體的天頂距，一般以z表示，其取值范圍為0到180恒為正。
天頂距與地平高度的關(guān)系是：
地平方位角A：通過(guò)天體的垂直面與測站的子午面所夾的二面角∠SZA，或在天球地平面上的平面角∠SOA，或大圓弧距SA稱(chēng)為天體的地平經(jīng)度（方位角），用A表示。
地平方位角的量算方法：由南點(diǎn)S起算，沿地平圈向西量，取值范圍為0到360恒為正；或者由南點(diǎn)S起算，分別沿地平圈向東、和向西量，且約定向西量為正，向東量為負，其值由0到±180。
時(shí)角坐標系的基圈是赤道，次圈是子午圈，原點(diǎn)是上點(diǎn)Q（即赤道與子午圈的交點(diǎn)）；此坐標系用赤緯和時(shí)角來(lái)表示天體在天球上的位置。
赤緯δ：通過(guò)天體ζ作一時(shí)圈，設它與赤道交于點(diǎn)T。由T點(diǎn)沿時(shí)圈量至天體ζ的弧距Tζ，稱(chēng)為天體的赤緯，以δ表示。
赤緯的量度方法：從赤道起算，沿時(shí)圈向北天極量為正，向南天極量為負。其值范圍：0到±90 。
時(shí)角t：通過(guò)天體的時(shí)圈面與測站的子午面所夾的二面角∠QPT、或大圓弧距QT稱(chēng)為天體的時(shí)角，用t表示。
時(shí)角的量算方法：由上點(diǎn)Q起算沿赤道向西量，取值范圍為：0到360，或0到24小時(shí)；或者由上點(diǎn)Q起算，分別沿赤道向東西量，由0到±180，或0到±12小時(shí)，且約定向西量為正，向東量為負。
赤緯與周日視運動(dòng)、測站無(wú)關(guān)，時(shí)角與周日視運動(dòng)、測站有關(guān)有。測量時(shí)必須說(shuō)明時(shí)刻。否則毫無(wú)意義。
5.1.3 赤道天球坐標系
赤道坐標系的基圈是赤道，次圈是過(guò)春分點(diǎn)的極分圈，原點(diǎn)為春分點(diǎn)γ。 此坐標系用赤緯δ和赤經(jīng)α來(lái)表示天體在天球上的位置。
赤緯δ：同時(shí)角坐標系。
赤經(jīng)α：過(guò)春分點(diǎn)作一極分圈（即過(guò)春分點(diǎn)的時(shí)圈），并通過(guò)天體ζ作一時(shí)圈，設它與赤道交于T點(diǎn)。則天體ζ的時(shí)圈面與極分圈面
所夾的二面角∠γPT，或大圓弧距γT稱(chēng)為天體的赤經(jīng)，以α表示。
赤經(jīng)的量度方法：從春分點(diǎn)γ起算，沿赤道按反時(shí)針?lè )较颍磁c周日視運動(dòng)相反的方向）計量，0到24小時(shí)。
5.1.4 黃道天球坐標系：
黃道坐標系的基圈是黃道，次圈為過(guò)春分點(diǎn)和黃極黃經(jīng)圈，原點(diǎn)為春分點(diǎn)γ； 它用黃緯β和黃經(jīng)l來(lái)表示天體在天球上的位置。
黃緯β：通過(guò)天體ζ作一黃經(jīng)圈，設它與黃道交于R點(diǎn)。由R點(diǎn)沿黃經(jīng)圈量至天體ζ的弧距Rζ稱(chēng)為天體的黃緯，以β表示。
黃緯的度量方法：從黃道起算，沿黃經(jīng)圈向北黃極量為正，向南黃極量為負。其值：0到±90。
黃經(jīng)λ：過(guò)春分點(diǎn)作一黃經(jīng)圈（即過(guò)春分點(diǎn)和黃極的大圈），則天體ζ的黃經(jīng)圈面與過(guò)春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈面所夾的二面角∠γKR，或大圓弧距γR稱(chēng)為天體的黃經(jīng)，以λ或l表示。
黃經(jīng)的量度方法：從春分點(diǎn)γ起算，沿黃道按反時(shí)針?lè )较蛴嬃浚?到±360。
5.2 天球坐標系之間的轉換
天球坐標系是天文學(xué)中描述天空中物體位置的坐標系。類(lèi)似于我們在地球表面上用到的地理坐標系。天球坐標系隨著(zhù)投影到天球上的坐標格網(wǎng)的不同而不同，沿著(zhù)大圓將天空分成兩個(gè)相等的半球的平面稱(chēng)為基礎平面，而這種坐標系僅
僅會(huì )因為基本面的不同而不同。每個(gè)坐標系的名字是根據基本面的選擇而定的。
5.2.1 天文坐標與天球坐標之間的關(guān)系
測站的天文緯度定義為測站的瞬時(shí)鉛垂線(xiàn)與地球赤道面之間的夾角；測站的地球天文子午面定義為測站的瞬時(shí)鉛垂線(xiàn)和地球瞬時(shí)北極所決定的平面；而測站的天文經(jīng)度定義為格林尼治天文臺的地球天文子午面與測站的地球天文子午面之間的二面角。另外，測站的地球天文子午面投影到天球上就是測站的天球子午面，而地球赤道面與天球赤道面平行（或在天球上重合）。
天球坐標與天文坐標間存在兩個(gè)重要關(guān)系：
1）測站的天文緯度等于北天極的地平高度，也等于測站天頂的赤緯，即：
Φ = z + δ = δz
2）地面A、B兩地同時(shí)觀(guān)測同一天體的時(shí)角之差（tA - tB），等于A(yíng)、B兩地的天文經(jīng)度之差（λA - λB），即：
A - λB = tA - tB
顯然，若測站與各林尼治天文臺同步觀(guān)測一天體，則有λA – λG = tA – tG ，但λG = 0，故有：λA = tA – tG
由此可知，地面上任意一測站的天文經(jīng)度，等于測站與各林尼治天文臺在同一瞬間觀(guān)測同一天體的時(shí)角之差。
5.2.2 地平坐標與時(shí)角坐標之間的關(guān)系
由天頂Z、北天極P和天體ζ為頂點(diǎn)構成的球面三角形稱(chēng)為定位三角形（也稱(chēng)天文三角形），局部圖見(jiàn)圖（5-5）。
在此定位三角形中，各邊、角的數值如下：
= 900 – δ，
而∠PζZ = q 一般稱(chēng)為星位角。
根據球面三角形的邊余弦公式可得：
根據正弦公式可得：
根據五元素公式可得：
及關(guān)系式：
因此，天體的地平坐標z、A和時(shí)角坐標t、δ與測站的天文坐標φ存在以上關(guān)系。 = 900 – φ， = z ∠ζPZ = t， ∠ζZP = 1800 - A
5.2.3 天球直角坐標系及其轉換
地平直角坐標系：坐標原點(diǎn)在天球中心，Z軸指向天頂Z，X軸指向地平坐標系的原點(diǎn)—南點(diǎn)S，由于地平方位角是由南點(diǎn)順時(shí)針量起（從Z軸往下看），因此Y軸應該在X軸的右側指向西點(diǎn)W。地平直角坐標系形成左手系。天體的直角坐標與其地平坐標的關(guān)系為：
時(shí)角直角坐標系：坐標原點(diǎn)在天球中心，Z軸指向北天極P， X軸指向時(shí)角坐標系的原點(diǎn)—赤道上點(diǎn)Q，由于時(shí)角是由上點(diǎn)Q順時(shí)針量起（從Z軸往下看），因此Y軸應該也在X軸的右側指向西點(diǎn)W。時(shí)角直角坐標系形成左手系，天體的直角坐標與其時(shí)角坐標的關(guān)系為：
可見(jiàn)時(shí)角直角坐標系與地平直角坐標系有共同的Y軸，兩個(gè)坐標系X軸或Z軸之間的夾角為測站的天文余緯度，即：900 – φ。
赤道直角坐標系：坐標原點(diǎn)在天球中心，Z軸指向北天極P，X軸指向時(shí)角坐標系的原點(diǎn)—春分點(diǎn)γ，由于赤經(jīng)是由春分點(diǎn)γ逆時(shí)針量起（從Z軸往下看），因此Y軸應該在X軸的左側90。赤道直角坐標系形成右手系，天體的直角坐標與其赤道坐標的關(guān)系為：
可見(jiàn)赤道直角坐標系與時(shí)角直角坐標系有共同的Z軸，兩個(gè)坐標系X軸或Y軸之間的夾角為春分點(diǎn)的時(shí)角tr ，即地方恒星時(shí)S。
黃道直角坐標系：坐標原點(diǎn)在天球中心，Z軸指向北黃極K，X軸指向黃道坐標系的原點(diǎn)—春分點(diǎn)γ，由于黃經(jīng)是由春分點(diǎn)γ逆時(shí)針量起（從Z軸往下看），因此Y軸應該在X軸的左側90。黃道直角坐標系形成右手系，天體的直角坐標與其黃道坐標的關(guān)系為：
可見(jiàn)黃道直角坐標系與赤道直角坐標系有共同的X軸，兩個(gè)坐標系Z軸或Y軸之間的夾角為黃赤交角ε。
根據前面講述的坐標旋轉矩陣方法，可導出天球坐標系之間的轉換關(guān)系式。 時(shí)角直角坐標與地平直角坐標之間的關(guān)系：
赤道直角坐標與時(shí)角直角坐標之間的關(guān)系：
黃道直角坐標與赤道直角坐標之間的關(guān)系：
可見(jiàn)只要知道測站的瞬時(shí)天文緯度φ和觀(guān)測瞬間的地方真恒星時(shí)s，就可將觀(guān)測天體的地平坐標h和A轉換成赤道坐標α和δ，反之亦然。
六 、大地天文學(xué)的方法及應用
大地天文學(xué)的主要任務(wù)是研究精確測定天文點(diǎn)的天文經(jīng)緯度、方位角以及地方恒星時(shí)的理論和方法。已實(shí)現天文定位的地面點(diǎn)叫天文點(diǎn)。定位方法都是在測出某些天體的某些量(如天頂距z、高度h、方位角A或天體通過(guò)特定平面的時(shí)刻T) 后求解天文三角形。測定緯度的方法常用天頂距差法(或稱(chēng)太爾各特法)和等高法。無(wú)線(xiàn)電時(shí)號法與中天法專(zhuān)門(mén)用于測定經(jīng)度。多星等高法則可同時(shí)測定經(jīng)度與緯度。恒星時(shí)角法用于測定方位角。這些測定法在軍事上得到廣泛應用。軍用地圖的編繪、火炮射擊目標的迅速定位和導彈等武器發(fā)射的準確性等，都需要用到它們。大地網(wǎng)的定向、測角的驗核、部隊戰斗隊形各要素的大地聯(lián)測和部隊戰斗行動(dòng)的測繪保障等工作，也都離不開(kāi)天文定位資料。工程建設、海洋開(kāi)發(fā)、國土整治、科學(xué)研究、軍事測繪都需要進(jìn)行大地網(wǎng)的布設。天文經(jīng)緯度與大地測量結果相比對，可獲得點(diǎn)位的垂線(xiàn)偏差，這是研究地球形狀和大地水準面結構的必要參數。測量天文方位角可確定地面子午線(xiàn)的方向。天文方位角還可用以推算大
地方位角，從而控制大地網(wǎng)中的累積誤差。大地天文學(xué)的測量精度通常在0.5″以下，固定的天文儀器則可達 0.05″ 左右。在保障軍事行動(dòng)的近似測量中，也可使用中、低精度的經(jīng)緯儀，天文鐘則可用精密秒表代替。
參考文獻
[1] 蘇宜編著(zhù).天文學(xué)新概論[M]. 華中科技大學(xué)出版社, 2005
[2] 劉學(xué)富主編.基礎天文學(xué)[M]. 高等教育出版社, 2004
[3] 朱慈墭[編著(zhù)].天文學(xué)教程[M]. 高等教育出版社, 2003
[4] 胡中為編著(zhù).普通天文學(xué)[M]. 南京大學(xué)出版社, 2003
[5] (法)G.伏古勒爾著(zhù),李珩譯.天文學(xué)簡(jiǎn)史[M]. 廣西師范大學(xué)出版社, 2003
[6] 余明主編.簡(jiǎn)明天文學(xué)教程[M]. 科學(xué)出版社, 2001
[7] 劉林著(zhù).航天器軌道理論[M]. 國防工業(yè)出版社, 2000
[8] 黃潤乾著(zhù).恒星物理[M]. 科學(xué)出版社, 1998
【天文學(xué)基礎課程論文】相關(guān)文章：
現代天文學(xué)論文05-25
淺談?wù)n程改革的基礎教育論文09-08
天文學(xué)小論文10-31
高職醫學(xué)基礎課程建設探究的論文08-23
天文學(xué)概論相關(guān)論文07-23
探究基礎醫學(xué)英語(yǔ)微課程的設計論文10-11
探析高校計算機基礎課程教學(xué)論文07-05