天空中的“方位”

Dumbo

說起“方位”，相信大家最熟悉的就是“上北下南左西右東”，這是地圖上常見的定位法則。可是對于一個正常站立的人來說，你的“上方”絕不可能是北，而應該是“天花板”或者“天空”，所以對于生活在三維空間的我們來說，日常生活中存在著“上下左右前后”六個方向。

當我們在天文學上討論天體的位置時，該用“上北下南左西右東”的定位法則呢？還是用“上下左右前后”的描述方法呢？

想象一個“天球”

古人認為我們的地球是固定不動的，圍繞在它外部有一個轉動著的球形宇宙，即“天球”。這個天球的半徑無限長，所有的天體都附著在天球的內表面上，跟隨天球圍繞著地球運動。但是，如今我們已經認識到，我們看到的天體運動并不是因為天球圍繞地球運動，而是由于地球的自轉。

雖然天球錯誤地描述了宇宙，但是人們發現借用這個假想的球形結構，可以幫助我們確定天體的位置和運行軌跡。

為了理解地球的自轉運動，人們假想了一根自轉軸（又稱地軸），地球就圍繞這根自轉軸自轉。不過，由于地球在形成過程中可能受到過撞擊，所以它的自轉軸相對于黃道面傾斜了23.5°，也就是說地球長久以來都是歪著身子在旋轉的。

自轉軸與地球表面的兩個交點被稱為北極點和南極點，假設我們用右手“握住”自轉軸，這時大拇指指向的方向就是北方。沿著北方無限延長自轉軸，其與天球的交點就是北天極，與此相對的則是南天極。在南、北天極的正中間還有一條天赤道（即天球的赤道），代表地球赤道平面和天球的交線。

地平坐標系

地球雖然歪著身子旋轉，但對于生活在地球上的我們來說，地面并不是傾斜的。由此，人類又設想出一個虛擬的平面——地平面，它與天球相交而成的大圈被稱為地平圈，處于不同緯度的人擁有不同的地平圈。

地平圈對應的天球正上方為天頂，正下方為天底。在天球表面，經過北天極、天頂、南天極、天底的大圈被稱為子午圈。子午圈與地平圈會有兩個交點，其中距北天極小于90°的一點為北點，另一點為南點。天赤道與地平圈也相交于兩點，其中自北點順時針方向旋轉90°的點為東點，逆時針旋轉90°的點為西點。

自北點沿地平圈向東（或自南點沿地平圈向西）旋轉的角度被稱為方位角，范圍在0°到360°之間。

某一天體與觀測者的連線和地平圈的夾角為地平高度角，范圍在-90°到90°之間。如果地平高度角小于0°，就表示這個天體在地平線之下。

了解了地平坐標系，我們再看站在地平面上的人，就會發現，在描述他眼前的方位時，好像用“上北下南左西右東”和“上下左右前后”的定位方法都有些不合適，因為我們很難說“上”是指“頭頂上方”，還是“眼睛前方”；而“上下左右前后”更是會隨著人的姿態、面對的方向而隨時改變。所以，根據地平坐標系的方位，我們又“進化”出另一個定位法則，即“面北背南左西右東”或調轉身體“面南背北左東右西”。

給天體定位

了解了地平坐標系，我們快來給天體定位吧！

如果想描述一個天體所處的位置，我們可以用相對于地平面的方位角和地平高度角來描述，如1號天體的位置就是（45°，20°）。

如果要說明圖中三個天體之間的相對位置，你知道如何描述嗎？

答案是：2號天體在1號天體的西南方，3號天體在1號天體的西方，3號天體在2號天體的西北方。這里的西南方、西方、西北方是如何判斷的呢？

請你想象自己平躺在草地上，頭在北面，那么此時1號天體就在你的東面，2號天體在你的西南面，3號天體在你的西面。如此一來，我們不僅可以得知三個天體之間的相對位置，還會發現此時我們使用的定位法則是“面南背北（頭北腳南）左東右西”。

其實，我們常見的星圖就是模擬人躺在地面上仰望天空時得到的天體位置，所以我們在星圖上慣用“左東右西”這樣的定位法則。

好啦，記住了天文學上的這些基本概念，下次我們再與星辰邂逅時，就可以準確地描述出它們的位置，將它們分享給小伙伴了！

觀星小貼士：

1.利用北斗七星定位到北極星。

2.根據北極星，確定地平坐標系中的北點、南點、西點、東點。

3.按照“面北背南左西右東”或“面南背北左東右西”的法則描述天體相對于地平面的位置或天體之間的相對位置。