第四节 如何确定天体的位置

本节将解释和应用一些专业术语。这些专业术语说明的概念对完整了解天体的运动和观测时星星的位置是必不可少的，但对于那些只想简要了解天空现象的读者，这一节不是必读的。我必须请一位想深入学习的读者和我一起对天球做深入的研究，就像在第二节中一样。回到图1，从中可以看出我们是在研究两个球体的关系。其中一个是真实存在的地球，我们就生活在地球表面上，地球带着我们每天自转一周。另一个是视觉上的天球，在无尽的远方包围着地球。尽管这个大球并不存在，但是我们必须去想象，以便知道在哪儿寻找天体。值得注意的是，我们处在这个大球的球心——地球的表面上，我们看大球上的一切似乎都在它的内表面上。

这两个球上的点和圈之间是有关联的。我们已经讲过标记地球南北极的地轴是如何在这两个方向上延伸至宇宙空间指示天球南北极的。我们知道，环绕地球的赤道与南北两极等距。同样，天球也有一个赤道，距南北天极都是90°。如果天赤道可以画出来的话，我们就可以在固定的位置上昼夜看得到它。我们能够准确地想象出它看起来的样子。它在东西两个点上与地平线相交，事实上，它就是3月份和9月份春分、秋分时，太阳在地平线之上的12小时中周日运动在天空的轨迹。从最北方各州观察，天赤道经过天顶和南地平线中间，而且越往南离天顶越近。

地球赤道南北都有平行于赤道而环绕地球的纬度圈，同样，天球上也有平行于天赤道的圈，分别以两个天极为圆心。地球上的纬度圈离极点越近越小，天球上亦是如此。我们知道，地球上的经度是根据连接南北两极经过该地的子午线所在的位置测量的，而这条子午线与经过格林尼治天文台的子午线所成的角度便是该地的经度。

天空有着与地球相同的系统。如图3所示，想象那些从一个天极到另一个天极的圈，遍布所有的方向，与天赤道相交成直角，这些圈叫作时圈。如图所示，其中一个时圈叫作二分圈。二分圈经过春分点，这个点将在下一节讲解。春分点在天球上相当于地球表面的格林尼治。

图3 天球的经纬

星星在天球上的位置与城市在地球上的位置一样，都是用经纬度来表示，不过使用的术语有所不同。在天文学上，与经度相对应的叫作赤经（right ascension），与纬度相对应的叫作赤纬（declination）。于是便有了以下定义，请读者仔细记忆。

星星的赤纬是星星在天赤道南侧或北侧距天赤道的视距离。图3中星星的赤纬为北25°。

星星的赤经是经过星星的时圈与经过春分点的二分圈形成的夹角。图3中星星在赤经3′上。

星星的赤经在天文学中通常用时、分、秒表示，如图3所示，但同样也可以用度来表示，就像我们表示地球上某地的经度一样。赤经从时间单位换算成度只需要乘以15。这是因为地球一小时自转15°。从图3中还可以看出，纬度的单位长度在地球上的所有地方几乎是一样的，而经度的单位长度则从赤道向天极逐渐变小，由慢及快加速递减。在赤道上，1经度大约为69.5英里，而在45°的纬度上就只有大约42英里了。在60°的纬度上，1经度已不到35英里，在两极则为0，因为子午线在两极相交于一点。

我们可以看到，地球自转的速度也遵循相同的法则递减。在赤道，15°相当于1 000英里，因此地球在此处的自转速度为每小时1 000英里，约为每秒1 500英尺。而在45°的纬度上，速度降至每秒1 000英尺多一点；在北纬60°则仅为赤道上的一半；在两极降为0。

在这个系统中，唯一的问题在于地球的自转。只要我们不动，我们便始终在地球的同一个经度圈上。然而，由于地球自转，天空中任意一点的赤经都在不停发生变化——即便在我们看来是固定不变的。天球子午线和时圈的唯一区别在于，前者伴随地球转动，而后者则固定在天球上。

地球和天球之间几乎在每一点上都有严格的相似性。前者自西向东自转，后者似乎自东向西转。如图3所示，设想地球在天球的中心，二者共同贯穿在一个轴上，便可对我们想要说明的关系有一个清晰的概念。

假设太阳如星星一样，似乎年年在天球上固定不动，那么已知星星的赤经和赤纬，便比实际上更容易找到它们。由于地球每年围绕太阳公转一周，因而夜晚同一段时间天球视位置在不停发生变化。下面便来说明这种公转的影响。