天球概念及其在天文学中的作用

当人们不知道或者暂时不考虑天体的距离时，为了表述天体的相对方位，就用直观抽象出的巨大球面即天球概念来表述。初看起来，星辰好像都固定在天球上，一起东升西落，仿佛整个天球均匀地由东向西做周日旋转，或者说天旋。其实，这是地球由西向东自转（地转）的反映（见图2-1）。天旋与地转是同一件事的两种表述，好比一个人在平稳转动的旋宫中看到外面的景物都绕他转动一样，天旋的直观感觉也是如此，这是一种主观表述；而“旁观者清”，站在其他天体上的人（如登上月球的宇航员）就容易客观地看出地球在自转。由于个人所处环境条件限制，从主观感觉到客观认识是不易的，须努力思考和探索才能认识到客观真谛。自古以来，人们都是通过制造表现天球形象的模型——天球仪来演示星空的直观动象。

虽然“天”或天球并非“眼见为实”，而是一种错觉，但从古沿袭的天球概念是有用的辅助工具。人们用天体在天球（面）的投影位置及其变化来表示天体的视方位、分布及运动规律，用球面三角学建立最早的天文学分支——球面天文学，进而发展为天体测量学。

图2-1　天球与地球

天球（见图2-1）作为天文学概念，其性质如下：

（1）天球半径是数学的无限大，但可用任意值替代。(www.xing528.com)

（2）从天球中心到天体的直线在天球（面）的投影点表示天体的位置。

（3）天球中心一般选为观测点或地球中心、太阳中心（太阳系质心），相应地称为“站心天球”“地心天球”“日心天球”。

（4）从地面不同观测点看同一远方天体的视线方向相互平行，交于天球面的同一点，实际上，对于很遥远的天体这是足够好的近似，但对于较近天体的精确定位而言，需要考虑不同观测点的定位差别。

（5）天球上两点间的大圆弧大小用角距（对天球中心的张角）表示，而不用线距离。

在大量的天文观测中，直接辨别的只是天体的方位，处理球面上的点与弧段的关系。为了表示和研究大量天体投影在天球上的位置和运动，需建立球面坐标系，用球面三角学方法计算方位关系。