怎樣確定天體的位置

為了完整了解天體的運作和觀測星星的位置，我將在這一節的內容中引入一些專業名詞術語，并對它們進行解釋說明。如果你只是想簡要了解天空現象，那么這一節的內容并不重要。我想邀請一些希望深入學習的人，來和我一起研究在“天空萬象”中講述的天球。如果大家已經忘記，那就讓我們重新回到圖1–1，再來看看地球和天球的關系：一個真實存在的球體是地球，我們正站在它的表面，它帶著我們每天不停地旋轉；另外一個則是看起來存在的天球，它在遙遠的地方包圍著地球。雖然這是一個并不存在的大球，但我們一定要在腦海中想象出來，這樣才能知道去什么地方尋找天體。需要注意的是，我們身處天球的中心，因此看到的天球上的東西仿佛都在球的內部表面上，而我們在地球的外部表面上。

這兩個球上的許多圈點之間都有類似的關系，也是我們提到這兩個球的原因。我們在前面已經說過，地球的轉軸指出了我們的南北極，又向兩個方向延伸橫穿長空，指出了天球的南北極。

我們知道環繞著地球的赤道與南北兩極的距離相等。同樣，天球上也有一條赤道環繞著天球，與南北天極各呈90?。假如我們能將它在天上畫出來，就可以發現它的位置晝夜不變。我們需要更準確地想象出它的形狀。它在正東和正西兩個點上與地平線相交——實際上就是3月（春分）和9月（秋分），太陽在地平線上的12小時內，周日運動在天上移動的那條線路。從美國北部的各州來看，天球赤道正好穿過天頂與南方地平線之間的正中，越向南越接近天頂。而中國的大部分地區也是如此。

正如地球上有平行于赤道且環繞地球赤道南北的緯度圈一樣，天球上也有兩個平行于天極的圈子。地球上的緯度圈越靠近兩極越小，天球上的緯度圈也是如此。

我們知道，地球上的經度是根據通過該地從北極到南極的子午圈測量出的，而這個子午圈與經過格林尼治天文臺的子午圈形成的角度就是當地的經度。我們可以在天球上找到類似的東西。想象一下，一些在天球上的北天極和南天極之間朝各個方向散開的線，與天球赤道呈直角正交，如圖1–3所示，這些圈被稱為“時圈”（hour circle）。我們把其中之一稱為“二分圈”（equinoctial colure），圖1–3中也已注明，這條線正好經過春分點，這個內容我們將在下一節討論。二分圈在天球上的作用與格林尼治子午圈在地球上的作用相同。

天球上一顆星星的位置可以與地球上一座城市的位置一樣，用經緯度來確定，不過使用的名詞大不相同。天文學中，天球上與地球經度相當的被稱為“赤經”（right ascension），而與地球緯度相當的被稱為“赤緯”（declination）。于是就有了下面這些定義，讀者們一定要牢記：

一顆星的赤緯指的是它距離天球赤道在南北方向的視距。圖1–3中的星星正在赤緯北25?。

一顆星的赤經指的則是經過這顆星的時圈與經過春分點的二分圈形成的夾角。圖1–3中的星星正在赤經3時上。

天文學中通常用時、分和秒表示星星的赤經，如圖1–3標出的那樣；也可以用度數來表示，如同地球上的經度一樣。如果想將赤經的時分秒轉化成度數，只需乘以15即可。這是由地球每小時內旋轉15?決定的。從圖1–3中我們還能看出，緯度的相差體現在直線距離上。單位長度在地球上都是相同的，但經度的相差是不一樣的，它的直線距離從赤道向兩極逐漸變小。在地球赤道上，每經度相差111.8千米，但在南北緯45?上，相差就只有67.6千米了；再到南北緯60?上，每經度相差已不到56千米；到了兩極則減少為0，這是由于各子午圈已經相交于此了。

由此，我們了解到，地球自轉的線速度也會遵循這樣的規律遞減。在赤道上，經度如果相差15?，那實際距離就相差1600千米，地球旋轉的線速度為每秒460米；在南北緯45?上，線速度減慢至每秒300米多一些；在南北緯60?上時，線速度就只相當于赤道上的二分之一了；在兩極則降為0。

如果將這樣的經緯應用到天球上，地球的自轉會成為唯一的難題。只要我們不動，就始終保持在地球的某一經度上。但是，由于地球的自轉，天球上任何一點的赤經都在不斷發生變化，盡管在我們看來是固定不動。天球子午圈和時圈的區別在于，天球子午圈隨著地球轉動，而時圈則固定在天球上。

地球和天球之間的每一點特性都很相似，地球自西向東繞著它的軸自轉，天球仿佛自東向西旋轉。假如我們將地球想象為天球的中心，有一根共同的轉軸穿過它們，如圖1–3所示，我們就能夠更清晰地理解它們之間的關系了。

如果太陽也如同星辰那樣，在天球上靜止，那么我們要找到一顆已經知道赤經和赤緯的星星就不是一件困難的事。不過，由于地球每年會圍繞太陽旋轉一周，那么每晚相同時刻，天球上太陽的視位置就會發生變化，且永不相同。接下來，我們開始討論公轉產生的影響。