地平坐標系
地平坐標系地平坐標系是一種最直觀的天球坐標系，和我們日常的天文觀測關係最為密切。例如，在晴朗的傍晚，觀測者經常可以看到人造衛星在群星間的運行，和大量的流星現象，它們的運行速度都很快，用什麼方法能夠快速、簡便地記錄下衛星或流星的位置呢？最簡便的方法就是記下某瞬間該衛星或流星的地平經度（方位）和地平緯度（高度），這就是我們所要討論的地平坐標系。
地平坐標系
1.基本圈和基本點
地平坐標系中的基本圈是地平圈，基本點是天頂和天底。
地平圈就是觀測者所在的地平面無限擴展與天球相交的大圓。從觀測者所在的地點，作垂直於地平面的直線並無限延長，在地平面以上與天球相交的點，稱為天頂；在地平面以下與天球相交的點，稱為天底。在天球上，天頂和天底與地平圈的角距離均為90°，只不過一個在地平圈以上，另一個在地平圈以下。地平圈把天球分為可見半球和不可見半球兩部分。
由於天球的半徑是任意長的，而地球的半徑則相對很小，因此，觀測者所在的點可以認為是與地心重合的，地平圈也可以看成是以地心為圓心的，這與觀測者所在點的地平面在天球上是完全一致的。
通過天頂和天底可以作無數個與地平圈相垂直的大圓，稱為地平經圈；也可以作無數個與地平圈平行的小圓，稱為地平緯圈。地平經圈與地平緯圈是構成地平坐標系的基本要素。
地軸的無限延長即為天軸，天軸與天球有兩個交點，與地球北極相對應的那個點叫做天北極，與地球南極相對應的那個點叫做天南極。通過天頂和天北極的地平經圈（當然也通過天底和天南極），與地平圈有兩個交點；靠近天北極的地個點為北點，靠近天南極的那個點為南點。北點和南點分別把地平圈和地平經圈等分。根據面北背南、左西右東的原則，可以確定當地的東點和西點，即面向北點左90°為西點，右90°為東點。這樣，就確定了地平圈上的東、西、南、北四方點。
在地平坐標系中，通過南點、北點的地平經圈稱子午圈。子午圈被天頂、天底等分為兩個180°的半圓。以北點為中點的半個圓弧，稱為子圈，以南點為中點的半個圓弧，稱為午圈。在地平坐標系中，午圈所起的作用相當於本初子午線在地理坐標系中的作用，是地平經度（方位）度量的起始面（如圖2－11）。
2.方位
方位即地平經度，是一種兩面角，即午圈所在的平面與通過天體所在的地平經圈平面的夾角，以午圈所在的平面為起始面，按順時針方向度量。方位的度量亦可在地平圈上進行，以南點為起算點，由南點開始按順時針方向計量。方位的大小變化範圍為0°～360°，南點為0°，西點為90°，北點為180°，東點為270°。上述這種方位度量是在天文學中所用的方法。在大地測量中方位則採用另外一種量算方法。就是以北點為起算點，按順時針方向度量，其值亦是由0°～360°。這種量算方位所得的數值，與天文測量上量算的方位值相差180°，如北點為0°，東點為90°，南點為180°，西點為270°。
方位在地理學和天文觀測中有著廣泛的套用。例如，在野外地質調查中，經常要測量沉積岩岩層的傾向，即岩層的傾斜方向，它就是用方位來表示的。它是用北點的方向與岩層傾斜方向的夾角表示的。如果，其值介於0°～90°，則岩層向東北傾斜，在90°～180°之間則向東南傾斜，在180°～270°之間則向西南傾斜，在270°～360°之間則向西北傾斜。
在天文觀測中，如果預報或觀測到某一天文現象，發生時的方位（南點為起點）為45°，則表示該天文現象發生於西南方。
我們這裡所說的方位，一般是指天文學中的概念，即南點是它的起點，午圈所在的平面是它的起始面。
3.高度
高度即地平緯度，它是一種線面角，即天體方向和觀測者的連線與地平圈的夾角。在觀測地，天體的高度就是該天體的仰視角。此時無所謂向下計量的高度；但是，在計算時，則會出現負的高度值，這意味著天體位於地平圈以下，即位於不可見半球。天體的高度可以在地平經圈上度量，從地平圈起算，到天頂為0°～90°，到天底為0°～（－90°）。如圖2－12表示天體的方位和高度的量算。
地平坐標中的方位，還可以用來測定地物相對於觀測者的方向。
天體的高度和方位可以用經緯儀直接測出，也可以用量角器大致估測。
4.地平坐標系的變化
地表各點位置不同，地平坐標系的基本圈（地平圈）和基本點（天頂和天底），也隨之不同。所以，在不同地點同時觀察同一天體，所得到的方位和高度是不相同的；在同一地點，由於地球的自轉，時間的延續，對於同一天體在不同的時刻進行觀測，其方位和高度也是不相同的。所以，地平坐標值是因地因時而不同。隨時間和地點的變化而變化是該坐標系的顯著特徵。例如，太陽剛升起的時刻，其方位較大，高度為0°；到了正午時，太陽位於正南方的天空中，其方位為0°，高度則增到了一天中的最大值；到了太陽落山時刻，其方位和高度又發生了明顯的改變。這就是地平坐標值隨時間的變化，這種變化是地球自轉造成的。
下面分別介紹在不同地點，地平坐標系的變化情況：
為觀測者在北極的地平坐標系。此時，地平圈與天軸垂直，與地理赤道在天球上投影重合，天北極與天頂重合，天南極與天底重合。因此，天北極的高度就是天頂的高度，其值為90°。
觀測者位於赤道的地平坐標系，在這種情況下，地平圈與天軸位於同一平面，天北極和天南極與天頂、天底的角距離均為90°，地平圈與天赤道垂直，天北極和天南極位於地平圈上。因此，天北極和天南極的高度都是0°。
為觀測者在北半球緯度的地平坐標系。在這裡地平圈與天軸的夾角為，這是因為地理緯度為的地平面與地軸的夾角為。所以，天北極的高度就是，也就是，在北半球的任何一個地點，天北極的高度等於該地的地理緯度。這一規律給我們提供了一種天文測緯的基本方法。只要測量了天極在某地的地平高度，就得出了該地的地理緯度。
地平坐標系能把天體在當時當地的天空位置直觀地、生動地表示出來。例如，若某人造衛星在某時刻的地平坐標值為：方位270°，高度45°，則說明，此時該人造衛星在正東方的天空，其仰角為45°。
在某地連續數小時觀測某一恆星在天空中的位置變化，則可以看出該恆星的高度和方位是隨著時間的推移而變化的。由此，可以對地平坐標系的含義有更清楚的認識。
