子午圈

地平坐标系或赤道坐标系中的大圆

子午圈，是指地平坐标系或赤道坐标系中的大圆，即在地平坐标系中经过北天极的地平经圈，或在赤道坐标系中经过天顶的赤经圈。它是地平坐标系和第一赤道坐标系中的主圈。子午圈是天球上经过北天极、天顶、南点、南天极、天底和北点的，并与天球相交的大圆。天体运动经过子午圈称为中天。

概念

子午圈，是指天球上的一个大圆。指通过天极和天顶的天球大圆，也是通过观测点和地球南北极的地理经圈扩展后与天球相交的大圆，它是位于南北方向的地平经圈，又称为“南北圈”。子午圈是天体地平坐标的基本圈之一，子午圈的方位角为0°和180°。有时把北天极以南的半个大圆称为午圈，把北天极以北的半个大圆称为子圈。天体周日视运动时两次通过子午圈的状态或时刻，称为中天。通过午圈为上中天，通过子圈为下中天。

上下子午圈

上子午圈是子午圈在地平圈上的一半，下子午圈是在地平圈下的另一半。通俗的说法是在天上从南→天顶→北顺序通过的一个假想大弧，亦称天球子午圈，而在地平线下通过天底，看不见的另一半大圆则称下子午圈。因为观测者所在地固定的话，地平经圈与天极也是相对固定的；夜空出现之星座以至恒星便会因为地球的自转依序东升、经过子午线然後西落。

因为星座与天体在周日运动中，若经过上子午圈之时（即上中天），地平方位角最高，天体经过的大气厚度最少，抖动与消光也相对最少，因而也是最容易观测的时候；在普通天文观测上，观星者可以活动星图来推测某星座或某目标天体的最佳观赏时间。我们亦可以利用恒星的赤经来定义地方恒星时，并且精确测量或计算天体将於何时经过子午圈。

名称来源

中国古代用十二地支表示方向，子表示北，午表示南，故名。子午圈名称的由来可参考下面所示的罗盘简化图。子午其实就是北南向的意思。子午圈就是经过法线，南北走向的平面与椭球面的交线。

天球

天球是为研究太阳对地球上自然环境与人工环境的日射所引用的一个假想圆球。地球绕太阳运行，但人在地球上的直观感觉却是太阳在天空中移动。为表示太阳与地球之间的相对运动，假定地球不动，以地球为中心、任意长度为半径作一球面，天空中一切星体包括太阳在内均分布在这一球面上绕地面而转动，这个假想的球体即称为天球。太阳在天球面上的投影位置及其与地球上观测点的关系可以用天球的地平坐标系与赤道坐标系共同确定。

①地平坐标系以观测者所在的地平面与天球相交的大圆即地平圈为基本圈。沿观测点的垂直轴向上与天球相交点Z为天顶，向下相交点Z′为天底。以通过天顶、天底，地平圈南端S和北端N的大圆即子午圈为副圈。经过太阳位置L与天顶、天底的大圆为方位圈。过L点与地平圈平行的小圆为高度圈。太阳的位置可由高度角h=∠ROL和方位角α=∠SOR确定。

②赤道坐标系是以地球赤道在天球上的投影即天球赤道为基本圈。过天球中心作与地轴相平行的线，和天球相交的两点为北天极P与南天极P′。以通过PQ′P′的大圆即子午圈为副圈。经过太阳位置L点，平行于天球赤道的小圆为赤纬圈。经过L和P、P′的大圆为时圈。L点的位置可由赤纬角δ=∠TOL和时角t=∠Q′OT确定。地球上某一地理纬度的观测点与太阳的相对位置则可通过地平坐标系与赤道坐标系中的太阳高度角、方位角与赤纬、时角、地理纬度等的球面三角关系计算得出。

天球坐标

天文学上的坐标常用的有地平坐标、黄道坐标、赤道坐标等。我国古代最常用的是赤道坐标，有时也用地平坐标与黄道坐标，它们都是我国古代所特有的东西，在观测恒星，确定天体的位置等方面，有独特的作用。

(一)中国古代的赤道坐标的建立至上可追溯到战国时代，它承袭了古代二十八宿记位置的传统，坐标的两个分量是入宿度和去极度。所谓入宿度，指二十八宿的距星与某一天体之间的赤经差，对于二十八宿来说，与入宿度相当的量是距度，某一宿距星到下一宿距星之间的赤经差叫该宿的距度。所谓去极度，就是所测的天体距北极的角距离，实际上是赤纬的余角。赤道坐标系在中国古代天文学中得到了广泛地运用，这在世界天文学史上是一个典型。

(二)黄道坐标。黄道是太阳在天球上的周年视运动的轨道。以黄道为基础，用黄经、黄纬表征天体位置，即黄道坐标系。它的分量之一也是黄道入宿度，而另一个分量有时用去极度，有时则用黄道内外度。最早明确提到黄道的是《石氏星经》，东汉贾逵曾经引述到：“石氏星经曰：黄道规牵牛初直斗二十度，去极二十五度。”在这里，黄道规即黄道圈，牵牛初就是冬至点，《石氏星经》的黄道坐标，冬至点的人宿度为斗20度，去极度为115度(二十五为一百一十五之误)。汉末刘洪《乾象历》中又出现了求月亮黄道内外度的说法。应该指出，我国古代给出的二十八宿黄道经度差，不是天文学上的黄经差，而是二十八宿距星的赤经差在黄道上的投影。所谓某宿的黄道距度，就是量过本宿和下宿距星的两条赤经圈所夹的黄道弧长。所谓黄道内外度，则指纬向方向的量，天体在黄道以北叫黄道内，天体在黄道以南叫黄道外，它们都是以赤道圈为准，沿着天体的赤经圈，从所测天体量到黄道为止。

(三)地平坐标。以地平面和天顶(头顶方向)为基础建立的坐标叫地平坐标，它的两个分量分别取作地平方位和地平高度。中国古代最初的地平坐标只有地平经度，它广泛用于以日晷测量太阳出没运行的方位角上，在汉代，常用十二地支来表示方位，如子代表北方，午代表南方等。后来用四维、八干、十二支来代表二十四个方位。四维是：用艮表示东北，巽表示东南，坤表示西南，乾表示西北。八干是：甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸。十二支是：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。它们合在一起，就是所谓的二十四山，表示二十四个方位这二十四山，只是方位区域，并不表示连续的量度。后来的浑仪上都装有地平环，一般使用这二十四个方向。地平坐标的另一个分量，大约是同浑天说一起产生的。唐僧一行发明复矩图(仪器)，来测量地平高度，到了元代郭守敬才发明了立运仪，既能测量地平高度，也能测量地平经度。

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