Астрономические системы координат - Astronomical coordinate systems

Ориентация астрономических координат
Эклиптический экватор galactic anim.gif
A Star «s   галактический ,  эклиптика и  экваториальные координаты в проекции на небесную сферу . Эклиптические и экваториальные координаты разделяют  Мартовское равноденствие в качестве основного направления , а галактические координаты относятся к  галактический центр. Начало координат («центр сферы») неоднозначно; см. небесную сферу для получения дополнительной информации.

Астрономические системы координат - это организованные устройства для определения положений спутников , планет , звезд , галактик и других небесных объектов относительно физических опорных точек, доступных для расположенного наблюдателя (например, истинный горизонт и северное кардинальное направление для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли) . Системы координат в астрономии могут определять положение объекта в трехмерном пространстве или отображать только его направление на небесной сфере , если расстояние до объекта неизвестно или незначительно.

Сферические координаты , проецируемые на небесную сферу , аналогичны географической системе координат, используемой на поверхности Земли . Они отличаются выбором основной плоскости , которая делит небесную сферу на два равных полушария вдоль большого круга . Прямоугольные координаты в соответствующих единицах имеют одну и ту же основную плоскость ( x, y ) и основное ( ось x ) направление , такое как ось вращения . Каждая система координат названа в честь выбора основной плоскости.

Системы координат

В следующей таблице перечислены общие системы координат, используемые астрономическим сообществом. Фундаментальная плоскость делит небесную сферу на две равные полушария и определяет основу для широтных координат, похожих на экватор в географической системе координат . Полюса расположены под углом ± 90 ° от основной плоскости. Первичное направление - это начальная точка продольных координат. Начало координат - точка нулевого расстояния, «центр небесной сферы», хотя определение небесной сферы неоднозначно относительно определения ее центральной точки.

Система координат Центральная точка
(начало координат)
Фундаментальная плоскость
(0 ° широты)
Поляки Координаты Основное направление
(0 ° долготы)
Широта Долгота
Горизонтальный (также называется альт - аз или эль -az) Наблюдатель Горизонт Зенит , надир Высота ( а ) или превышение Азимут ( А ) Северная или южная точка горизонта
Экваториальный Центр Земли  (геоцентрический) или Солнце  (гелиоцентрический) Небесный экватор Небесные полюса Склонение ( δ ) Прямое восхождение ( α )
или часовой угол ( h )
Мартовское равноденствие
Эклиптика Эклиптика Полюса эклиптики Эклиптическая широта ( β ) Эклиптическая долгота ( λ )
Галактический Центр Солнца Галактический самолет Галактические полюса Галактическая широта ( б ) Галактическая долгота ( л ) Галактический Центр
Супергалактический Сверхгалактический самолет Сверхгалактические полюса Сверхгалактическая широта ( SGB ) Сверхгалактическая долгота ( SGL ) Пересечение сверхгалактической плоскости и галактической плоскости

Горизонтальная система

По горизонтали , или высота-азимут , система основана на положении наблюдателя на Земле, которая вращается вокруг своей оси один раз в сидерический день (23 часов, 56 минут и 4.091 секунд) по отношению к фон звезды. Расположение небесного объекта по горизонтальной системе меняется со временем, но это полезная система координат для определения местоположения и отслеживания объектов для наблюдателей на Земле. Он основан на положении звезд относительно идеального горизонта наблюдателя.

Экваториальная система

Экваториальная система координат с центром в центре Земли, но фиксировано относительно небесные полюса и мартовское равноденствие . Координаты основаны на положении звезд относительно экватора Земли, если он проецируется на бесконечное расстояние. Экваториальная проекция описывает небо, видимое из Солнечной системы , а современные звездные карты почти исключительно используют экваториальные координаты.

Экваториальная система нормальная система координат для большинства профессиональных и многих астрономов - любителей , имеющих экваториальной монтировке , который следует за движением неба в течение ночи. Небесные объекты находятся путем настройки шкалы телескопа или другого инструмента таким образом, чтобы они совпадали с экваториальными координатами выбранного объекта для наблюдения.

Популярным выбором полюса и экватора являются более старые системы B1950 и современные системы J2000 , но также можно использовать полюс и экватор «даты», что означает дату, соответствующую рассматриваемой дате, например, при измерении положения планеты или космический корабль сделан. Есть также подразделения на координаты "среднее значение даты", которые усредняют или игнорируют нутацию , и "истинные даты", которые включают нутацию.

Эклиптическая система

Основная плоскость - это плоскость орбиты Земли, называемая плоскостью эклиптики. Существует два основных варианта эклиптической системы координат: геоцентрические эклиптические координаты с центром на Земле и гелиоцентрические эклиптические координаты с центром масс Солнечной системы.

Геоцентрическая эклиптическая система была основной системой координат для древней астрономии и до сих пор используется для вычисления видимых движений Солнца, Луны и планет.

Гелиоцентрическая эклиптическая система описывает орбитальное движение планет вокруг Солнца и сосредотачивается на барицентре Солнечной системы (то есть очень близко к центру Солнца). Система в основном используется для вычисления положения планет и других тел Солнечной системы, а также для определения их орбитальных элементов .

Галактическая система

Галактическая система координат использует приблизительную плоскость нашей галактики в качестве своей фундаментальной плоскости. Солнечная система по-прежнему является центром системы координат, а нулевая точка определяется как направление к центру Галактики. Галактическая широта напоминает высоту над галактической плоскостью, а галактическая долгота определяет направление относительно центра галактики.

Сверхгалактическая система

Сверхгалактическая система координат соответствует фундаментальной плоскости, которая содержит большее, чем среднее количество локальных галактик на небе, если смотреть с Земли.

Преобразование координат

Приведены преобразования между различными системами координат. Ознакомьтесь с примечаниями перед использованием этих уравнений.

Обозначение

Часовой угол ↔ прямое восхождение

Экваториально-эклиптический

Классические уравнения, полученные из сферической тригонометрии , для продольной координаты представлены справа от скобки; Простое деление первого уравнения на второе дает удобное касательное уравнение, показанное слева. Эквивалент матрицы вращения указан под каждым случаем. Это деление неоднозначно, потому что tan имеет период 180 ° ( π ), тогда как cos и sin имеют периоды 360 ° (2 π ).

Экваториальный ↔ горизонтальный

Обратите внимание, что азимут ( A ) отсчитывается от южной точки с положительным поворотом на запад. Зенитное расстояние, угловое расстояние по большому кругу от зенита до небесного объекта, является просто дополнительным углом к высоте: 90 ° - a .

При решении уравнения tan ( A ) для A , чтобы избежать неоднозначности арктангенса , рекомендуется использовать арктангенс с двумя аргументами , обозначенный arctan ( x , y ) . Арктангенс с двумя аргументами вычисляет арктангенс у/Икс, и учитывает квадрант, в котором он вычисляется. Таким образом, в соответствии с условием, что азимут измеряется с юга и открывается положительно на запад,

,

куда

.

Если приведенная выше формула дает отрицательное значение для A , его можно сделать положительным, просто добавив 360 °.

Опять же, при решении уравнения tan ( h ) для h рекомендуется использовать арктангенс с двумя аргументами, который учитывает квадрант. Таким образом, опять же в соответствии с соглашением об измерении азимута с юга и положительном открытии на запад,

,

куда

Экваториальный ↔ галактический

Эти уравнения предназначены для преобразования экваториальных координат в галактические координаты.

являются экваториальными координатами северного галактического полюса и галактической долготой северного полюса мира. Относительно J2000.0 значения этих величин следующие:

Если экваториальные координаты относятся к другому равноденствию , перед применением этих формул они должны быть прецессированы к их месту в J2000.0.

Эти уравнения преобразуются в экваториальные координаты, относящиеся к B2000.0 .

Примечания по конвертации

  • Углы в градусах (°), минутах (′) и секундах (″) шестидесятеричной меры должны быть преобразованы в десятичные числа перед выполнением вычислений. Преобразовываются ли они в десятичные градусы или радианы, зависит от конкретной вычислительной машины или программы. С отрицательными углами нужно обращаться осторожно; –10 ° 20 ′ 30 ″ необходимо преобразовать в −10 ° −20 ′ −30 ″ .
  • Перед выполнением вычислений углы в часах ( h ), минутах ( m ) и секундах ( s ) измерения времени должны быть преобразованы в десятичные градусы или радианы . 1 ч  = 15 °; 1 м  = 15 ′; 1 с  = 15 ″
  • Углы больше 360 ° (2 π ) или меньше 0 °, возможно, потребуется уменьшить до диапазона 0 ° –360 ° (0–2 π ) в зависимости от конкретной вычислительной машины или программы.
  • Косинус широты (склонение, эклиптическая и галактическая широта и высота) никогда не бывает отрицательным по определению, поскольку широта варьируется от -90 ° до + 90 °.
  • Обратные тригонометрические функции арксинус, арккосинус и арктангенс являются квадрантно- неоднозначными, и результаты следует тщательно оценивать. Использование второй функции арктангенса (обозначается при вычислениях как atn2 ( y , x ) или atan2 ( y , x ) , которая вычисляет арктангенсу/Иксиспользование знака обоих аргументов для определения правого квадранта) рекомендуется при вычислении долготы / прямого восхождения / азимута. Уравнение, которое находит синус , а затем функцию arcsin , рекомендуется при вычислении широты / склонения / высоты.
  • Азимут ( A ) здесь относится к южной точке горизонта , в обычном астрономическом исчислении. Объект на меридиане к югу от наблюдателя имеет A = h = 0 ° при таком использовании. Тем не менее, п Astropy AltAz «s, в Большой бинокулярный телескоп FITS файл конвенции, в XEphem , в МАЕ библиотеки стандартов фундаментальной астрономии и раздела В астрономического альманаха , например, азимут Восток Севера. В навигации и некоторых других дисциплинах азимут рассчитывается с севера.
  • Уравнения для высоты ( а ) не учитывают атмосферную рефракцию .
  • Уравнения для горизонтальных координат не учитывают суточный параллакс , то есть небольшое смещение положения небесного объекта, вызванное положением наблюдателя на поверхности Земли . Этот эффект важен для Луны , в меньшей степени для планет , меньше для звезд или более далеких объектов.
  • Долгота наблюдателя ( λ o ) здесь измеряется положительно к западу от нулевого меридиана ; это противоречит действующим стандартам IAU .

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешние ссылки

  • NOVAS , программное обеспечение векторной астрометрии Военно-морской обсерватории США , интегрированный пакет подпрограмм и функций для вычисления различных часто используемых величин в позиционной астрономии.
  • SOFA , стандарты фундаментальной астрономии МАС , доступный и авторитетный набор алгоритмов и процедур, реализующих стандартные модели, используемые в фундаментальной астрономии.
  • Эта статья изначально была основана на Astroinfo Джейсона Харриса, которая поставляется вместе с KStars , планетарием рабочего стола KDE для Linux / KDE .