1.1.3 定位天体位置的坐标系
我们知道，对于地球上的某一地点，我们用经度和纬度这两个数字表示其位置。对于天球来讲，因为用途和描述的天体不同，天文学中用许多不同的方法来定义天体在天球上的位置，即我们常说的“坐标”。不同的定义方式形成不同的天球坐标系统（Celestial Coordinate System），常用的天球坐标系统有两种——地平坐标系和赤道坐标系。
1.地平坐标系（Horizontal Coordinate System）
以星野风光摄影的角度讲，我们经常需要预先了解日月从何处升起落下，某个时刻日月在天空的位置，地平坐标系（如图1-6所示）很好地帮助摄影师解决了这个问题，这也是星历App的核心功能。地平坐标系的定义是：以观测者所在地为中心点，其地平线作为基础平面，将天球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”，然后用高度角（Altitude，Alt）和方位角（Azimuth，Az）来描述一个天体在天球上的位置。因此，地平坐标系有时也被称为“高度/方位（Alt/Az）坐标系”。高度角（也称“仰角”）是天体和观测者所在地的地平面的夹角；方位角以正北方为起点（0°），沿着地平面顺时针转动测量角度，转动一圈为360°，正北、正东、正南和正西方位角分别是0°、90°、180°和270°。
图1-6 地平坐标系示意图
在地平坐标系中，天体在天球上的位置是随拍摄地和拍摄时间而变化的。即使在同一时刻，我们从不同的地点观测，同一天体的方位角和高度角也各不相同，所以，使用地平坐标系时必须同时说明时间和地点。星野摄影爱好者所使用的各类星野App，就利用地平坐标系计算指定地点的日出日落、月出月落的时间和方位角，以及不同时刻在天球上的位置。后文介绍的三个重要的“曙暮光”概念，则是通过太阳在天空中不同时段的高度角进行划分的。图1-7所示为星野App（Planit）计算出的2018年5月1日北京（东城区）、郑州（金水区）、上海（黄浦区）三地的日月升起落下的时间和方位角，三地之间存在明显的差异。当然我们也可以随时获取拍摄地某个时刻的太阳或月亮的方位角和高度角，如2018年5月1日上午10点北京地区太阳的高度角、方位角分别为52.1°、121.6°，而同一时刻上海的太阳高度角、方位角分别为59.9°、116.2°。
图1-7 星野App使用地平坐标系定义不同地点日月升落的时间和方位
对于风光摄影师来讲，地平坐标系能把天体在天空的位置生动、直观地表示出来，最常用的就是使用高度角和方位角描述在某个时刻从地面上看到太阳、月亮、银河中心在天空中的视位置。例如，对于一座宏伟的山峦，如果摄影师能准确地预测到某个时刻，太阳从其主峰升起或什么时候才能看到“日照金山”的景象，将有助于摄影师提前规划机位、构图和拍摄行程。星野App之所以能帮助我们实现上述功能，就在于其所依据的数字地图和地平坐标系。关于计算结果的精度，时间上可以精确到秒，空间上可以精确到米。在数字化时代，所有这些功能并不需要摄影师身临其境才能实现，出门之前借助星野App就可以轻松完成，真正做到“运筹帷幄之中，决胜千里之外”。
2.赤道坐标系（Equatorial Coordinate System）
地平坐标系统以观察者的视角看，确实是一个比较直观的坐标系，但是宇宙天体离地球实在太遥远，遥远到我们从地球上观测这些恒星、星云和星系，它们在天球上的位置几乎是固定不变的，所以天文学家定义了另外一种坐标系——赤道坐标系，用它来描述天体在天球上的位置。前文讲到，天球赤道是地球赤道在天球上的投影，南北天极是地球两极的投影，类似地球用经纬度表示位置的方法，赤道坐标系用赤纬、赤经描述天球上天体的位置。
赤纬（Declination，DEC）：天球上标示南北方向上的坐标称为“赤纬”，与地球纬度的标示方法相同，也用度、分、秒表示。例如，北天极为90°0′0″，南天极为-90°0′0″，天球赤道为0°0′0″。
赤经（Right Ascension，RA）：天球上标示东西方向上的坐标称为“赤经”，与地球上把通过英国格林威治天文台的经度定义为0°，向东称为“东经”、向西称为“西经”的标示方法不同，赤经用时、分、秒表示。如前文所述，地球围绕太阳公转，公转的目视效果就是太阳在天球上不断转动，一年之中太阳有两次会刚好运行到与天球赤道的交点上，这两个时间点就是春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）。赤道坐标系将春分点（Vernal Equinox）定义为天球赤经起点（0h），从赤经0时开始向东绕一圈均分为24h，如图1-8所示。所有赤经线都交于天球的北天极和南天极。
图1-8 赤道坐标系示意图
所以，在天球赤道坐标系中，用赤经、赤纬来标定每一个天体在天球上的绝对坐标，不会随观察者所在位置和观测时间而变化，全球观测者通用，如织女星在天球上的位置是RA 18h 36min 56.34s，DEC+38°47′01.28″；猎户座参宿四为RA 05h 55min 10.30s，DEC+07°24′25.43″。我们日常看到的用来描述各个天体在天空上位置的星图，通常使用的就是赤道坐标系。