你是否有過這樣的經曆，早早看到“X年一遇的X天象将于X日X時X分到達最佳觀測時間”，特意空出時間外出觀察，然而面對滿天星鬥内心無比激動，卻找不到自己要觀測的目标，我到底應該朝哪裡看才對？或者明明把望遠鏡對準了目标，但卻眼睜睜看着目标從視野裡移出？市場上五花八門的天文望遠鏡選擇了各式各樣的支架，哪一種才是合适我的？

對于有一定基礎的天文愛好者往往直接通過辨認星座就能判斷出目标的方向，而對于大多數人來說，最需要的不是一句“你往某某星座的方向看”，而是“你面朝北偏東站着，擡頭仰望，一會兒就會在那片天空出現”。

那麼有沒有專門給星星用的地址，即便不認識星座也能準确描述星星的位置呢？

地球表面任意一個地點都可以用一組經緯度确定

因為星星距離我們太過遙遠，我們可以把自己想象成身處一個半徑極大的球殼之中，星星全都内嵌在球殼面上，這個球殼被稱為天球。和地球上每個地點都可以通過經緯度的數字确定出來類似，天球也可以通過一組坐标來明确天體的方向。

地球上有南北極和赤道，經線彙聚相交溝通南北，緯線平行赤道橫貫東西。可是天球上怎麼确定經緯線沿哪個方向呢？根據不同的方向選擇，常用的天文坐标系統有三大類，地平坐标系，赤道坐标系，黃道坐标系。不同的望遠鏡支架也适用于不同的坐标系統。

像開頭那樣，“你面朝北偏東站着，擡頭仰望，一會兒就會在那片天空出現”，實際上已經暗含了我們要談的第一種天文坐标系統——地平坐标系統。

地平坐标系把地平面和天球的交線作為基準的大圓稱為地平圈，把正頭頂所對天球上的點稱為天頂，腳下所正對天球上的點稱為天底。這樣就可以用地平經圈類比地球上的赤道，天頂天底類比地球的兩極。高度角直接可以對應類比緯度，若是正值，就說明天體位于地平線以上，負值則在地平線以下。地球上選擇通過格林威治天文台子午儀的經線作為本初子午線，而地平坐标系選擇通過正北方向的地平經圈作為起始位置，直接用順時針轉過的角度作為方位角，比如正東方向方位角為90°，正南方向方位角為180°，正西方向方位角為270°。

地平坐标系網格像鍋蓋一樣籠罩着觀測者，等高圈與地平面平行

地平坐标系最大的好處是以觀察者自身所處位置建立坐标系，方便快速判别觀測方向，但這也是它最大的缺點。地球不是一個平面，每一個觀測點選擇的地平面都是不同的，建立的坐标系也是不同的；另外地球不停自轉，鬥轉星移，天體東升西落，地平坐标中方位角和高度角也是不斷變化的。這就導緻地平坐标系用作天文觀測時，隻能當地當時使用。

一些入門級天文望遠鏡一般選擇簡單的地平式支架、地平式經緯儀或者道布森底座就是基于地平坐标系的思想設計的，對好方位和高度仰角就可以直接觀測目标。一些望遠鏡還會配備Goto自動尋星功能，隻要輸入觀測地位置、觀測時間再經過校準以後，計算機就會根據存儲的星曆自動尋找目标的方向并實時調整坐标的變化實現跟蹤。雖然以地平坐标系為基礎的經緯儀支架也可以實現自動跟蹤，但是依然隻适用于目視觀測，不适合攝影，因為随着自動跟蹤的進行，天體圖像會在視野内發生旋轉，無法實現長時間曝光。

地球自轉導緻天體的方位角和高度角都在不斷發生變化

入門級望遠鏡常使用把手控制的地平式支架

路邊天文常用道布森支架的反射望遠鏡，也是根據地平坐标系特點設計的

帶自動尋星功能地平式經緯儀支架的望遠鏡，但基于地平坐标系設計，攝影時面臨場旋問題

既然地球自轉會讓天體東升西落，那麼就讓望遠鏡的鏡筒跟着地球自轉一起轉，由此我們就要介紹赤道坐标系統了。

地平坐标系中天體視運動要被分解到兩個方向上，赤道坐标系赤緯不變化

将地球的自轉軸與天球相交于兩點，分别稱為北天極南天極，地球赤道面與天球相交的大圓為天赤道，在此基礎上給天球建立的經緯坐标系統就屬于赤道坐标系統，對應的經度和緯度稱為赤經和赤緯。天體的東升西落可以看成天球繞着南北天極極軸轉動，赤道坐标系中天體可以保持赤緯坐标不變。根據計算赤經方式的不同，常用的赤道坐标系分成兩種，一種與觀測地點緊密聯系，另一種則與觀測地點無關。

先來介紹第一赤道坐标系，這是一種與觀測地點緊密聯系的坐标系，又被叫做時角坐标系。它以貫穿觀測地天頂的子午圈為計算經度（時角）的基準面，順時針為正方向計算天體與基準面轉過的夾角，一圈24h或者360°。大多數情況下使用時間代替角度來計量，這帶來一個好處，就是可以知道還有差不多多長時間目标天體可以升到最高點，比如天體A的時角是-30min，那麼我們就知道30分鐘後它将跨越子午圈達到最大高度，最大限度的減少地表光害帶來的影響。相比于地平坐标系，時角坐标系可以做到在同一經度的不同觀測點可以共用坐标數據，而且天體的赤緯不會随着地球自轉而發生變化。

而第二赤道坐标系則更進一步，它選擇不依賴觀測地，直接在天球上确定赤經的起點。這個起點就是春分點。黃道是地球公轉平面與天球的交線，由于地球自轉軸有約23.5°的傾角，天赤道和黃道并不重合，春分點是天赤道和黃道的兩個交點之一。與第一赤道坐标系及地平坐标系不同，第二赤道坐标系的赤經是逆時針方向為正方向，春分點赤經0°赤緯0°，夏至點赤經90°赤緯23.5°，秋分點赤經180°赤緯0°，冬至點赤經270°赤緯-23.5°。

使用第二赤道坐标系的話，全天恒星坐标在一定精度要求下很長時間基本都可以認為保持不變，完全不受時間與觀測地的限制，更加客觀中立。

基于赤道坐标系統設計的望遠鏡支架被稱為赤道儀，赤道儀可以看成将地平式經緯儀傾斜了一個角度。赤道儀有很多種設計方案，比如攝影愛好者常用的星野赤道儀，天文愛好者們常用的德式赤道儀、中式赤道儀，大型望遠鏡常用的轭式赤道儀、馬蹄形赤道儀等等。赤道儀包含兩個轉軸，一個沿着赤道坐标系的極軸方向，被稱為赤經軸，用于調整望遠鏡所對應的赤經坐标，另一個與赤經軸垂直的被稱為赤緯軸，用于調節赤緯坐标（時角坐标）。赤道儀同樣可以配備Goto自動尋星功能和跟蹤功能，在對準極軸并校準後，輸入觀測時間和地點即可自動尋星。赤道儀可用于攝影，影像不會發生旋轉。

大型望遠鏡使用的轭式赤道儀

大型望遠鏡使用的叉式赤道儀

愛好者們常用的德式赤道儀（未安裝望遠鏡）

最後要介紹的是黃道坐标系，和第二赤道坐标系類似，隻不過是以黃道為基準建立的經緯坐标系，極點稱為北黃極、南黃極，對應坐标稱為黃經、黃緯，起點一樣從春分點算起，春分點黃經0°黃緯0°，夏至點黃經90°黃緯0°，秋分點黃經180°黃緯0°，冬至點黃經270°黃緯0°。由于太陽系内大多數天體的公轉平面都很接近，因此太陽系内天體通常都出現在黃道附近，使用黃道坐标系描述太陽、月球、行星會比赤道坐标系更加便利。

由于觀測活動受地球自轉影響遠超過公轉影響，所以現在并沒有單獨設計一款黃道儀用于觀測活動，天體在黃道坐标系的坐标一般都由第二赤道坐标系坐标計算得出。不過在古代球面幾何不發達的時代，人們也設計過專門用于黃道坐标測量的工具，被集成在渾天儀的黃道圈上，或單獨分離為黃道遊儀。

黃道遊儀

以後我将繼續講解赤道儀的使用。

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