Các hệ tọa độ cơ bản trong
Thiên văn học
Các hệ toạ độ được dùng trong Thiên văn đều là các hệ toạ độ cầu, lấy
chính thiên cầu làm hệ qui chiếu trên đó xác lập các toạ độ. Các hệ toạ độ
này đợc sử dụng rộng rãi với mục đích chính là xác định vị trí chính xác trên
thiên cầu. Từ đó có một cơ sở chính xác về vị trí của các thiên thể trên bầu
trời, cũng như phân định chính xác ranh giới của các đám tinh vân lớn, các
chòm sao...
Trong Thiên văn học quan sát hiện đại, có 3 hệ toạ độ thông dụng nhất
thường được sử dụng là hệ toạ độ chân trời, hệ toạ độ xích đạo và hệ toạ độ
hoàng đạo.
1- Hệ toạ độ chân trời
Trong hệ toạ độ này, có 2 điểm mốc được sử dụng là vòng chân trời
(horizon) và thiên đỉnh (zenith). Từ 2 điểm mốc này, xác lập 2 giá trị t
Độ cao (Altitude) h là khoảng cách góc giữa thiên thể và mặt phẳng
chân trời. Trong hình vẽ minh hoạ, độ cao h chính là giá trị của góc XOT.
Giá trị của h là từ âm 90 độ - đối với các thiên thể có vị trí tại thiên để
(nadir) cho đến dương 90 độ - đối với các thiên thể nằm tại thiên đỉnh. Giá
trị của độ cao này sẽ là âm nếu thiên thể nằm dưới đường chân trời (tức là
không thể nhìn thấy) và dương nếu nằm phía trên đường chân trời.
Trong một số trường hợp, độ cao h này được thay thế bằng một giá trị
tương ứng là zenith distance, là khoảng cách góc giữa thiên đỉnh và thiên thể
cần xác định. Như vậy thì giá trị của chỉ số này sẽ là 0 nếu thiên thể nằm
trên thiên đỉnh, là 90độ nếu thiên thể nằm trùng với chân trời và là 180 độ
khi thiển thể nằm tại thiên để.
Độ phương (Azimuth) a là giá trị góc tính từ điểm Nam (điểm chính
nam của thiên cầu theo vị trí của người quan sát) theo hướng Tây đến vòng
thẳng đứng đi qua thiên thể. Trong hình vẽ minh họa, điểm Nam được kí
hiệu là S, góc độ phương là SOT. Giá trị của độ phương này là từ 0 đến 360
độ.
Lưu ý: Hệ toạ độ chân trời có giá trị tương đối với từng vị trí quan sát
và từng thời điểm khác nhau do mỗi vị trí khác nhau, người quan sát sẽ có
một góc quan sát khác nhau với các thiên thể và bản thân thiên cầu thì liên
tục chuyển động trong ngày (nhật động). Vì lí do này, hệ toạ độ này chỉ có
giá trị dùng trong quan sát và nghiên cứu trực tiếp, cũng như giúp ích trong
việc xác định vị trí trên mặt đất.
2-Hệ toạ độ xích đạo:
Hệ toạ độ này sử dụng vòng xích đạo trời làm gốc và 2 cực là thiên
cực Bắc và thiên cực Nam. Có 2 hệ toạ độ xích đạo cõ bản thường được sử
dụng là hệ toạ độ góc giờ và hệ toạ độ xích kinh.
Hệ toạ độ được sử dụng phổ biến và chính thức hơn cả là hệ toạ độ sử
dụng 2 trị số xích kinh (Right Ascension - RA) và xích vĩ (Declination -
DEC)
Xích vĩ DEC là khoảng cách góc từ thiên thể đến xích đạo trời HH',
trong hình vẽ minh hoạ, đó là cung AI (với I là vị trí của thiên thể) Xích vĩ
có giá trị từ âm đến dương 90 độ. DEC mang giá trị âm nếu thiên thể nằm
dưói xích đạo trời (Nam) và mang giá trị dương nếu thiên thể nằm trên xích
đạo trời (Bắc)
Xích kinh RA là khoảng cách góc từ điểm xuân phân đến hình chiếu
của thiên thể lên xích đạo trời (tính theo chiều ngược với chiều nhật động).
Trong hình vẽ, nó chính là cung XA. Giá trị của chỉ số toạ độ này là từ 0 đến
360 độ. Tuy nhiên thường được sử dụng hơn là lấy các giá trị giờ, phút, giây
chia từ 0 đến 24 giờ.
Hiện nay hệ toạ độ này được sử dụng rộng rãi nhất trong thiên văn
học quan sát và vật lí thiên thể hiện đại. Ưu điểm lớn nhất của nó là chính
xác với mọi vị trí và thời gian, không phụ thuộc vị trí của người quan sát và
thời điểm quan sát. Hệ toạ độ này được sử dụng nhièu trong việc xác định
chính xác vị trí các ngôi sao trên thiền ccầu, từ đó lập ra một bản đồ chi tiết
về bầu trời trong đó có sự có mặt của các ngôi sao, các chòm sao và các
thiên hà ... với độ chính xác tương đối rất cao. Ngoài ra, người ta cũng dùng
hệ toạ độ này để xác định và tính toán vị trí chuyển động của các thiên thể
trong hệ mặt Trời cũng như các vệ tinh nhân tạo của Trái đất.
3- Hệ toạ độ Hoàng đạo:
Hệ toạ độ Hoàng đạo sử dụng vòng gốc là vòng tròn Hoàng Ðạo
(Zodiac) và các mốc khác là các Hoàng Cực (2 điểm gần thiên cực nhất - cao
nhất và thấp nhất- của đường Hoàng đạo) và điểm xuân phân.
Hệ toạ độ này sử dụng 2 chỉ số toạ độ là Hoàng vĩ và Hoàng kinh
Hoàng vĩ (celestial latitude) là khoảng cách góc từ thiên thể S đến
Hoàng Đạo TT'. Trong hình vẽ này, giá trị của Hoàng vĩ là giá trị của cung
SL. Giá trị của Hoãng vì là từ 0 đến âm 90 độ nếu thiên thể nằm phía Nam
Hoàng Đạo và từ 0 đến dương 90 độ nếu thiên thể nằm phía Bắc Hoàng Đạo.
Hoàng kinh (Celestial Longitude) là khoảng cách từ điểm xuân phân
X đến hình chiếu của thiên thể trên Hoàng Đạo (tính theo chiều ngược với
chiều nhật động), tức là giá trị góc của cung XL trong hình vẽ. Giá trị của
Hoàng kinh là từ 0 đến 360 độ.
Hệ toạ độ này có độ chính xác cao và không có tính tương đối khi
thay đổi vị trí và thời điểm quan sát. Nó được sử dụng rộng rãi nhất khi xác
định vị trí các thiên thể trong hệ Mặt Trời. Ngoài ra nó có mặt trong các
danh mục, bản đồ sao cổ để xác định vị trí các ngôi sao trên thiên cầu. Tuy
nhiên, hiện nay nó không còn được ứng dụng phổ biến như hệ toạ độ xích
đạo dùng 2 chỉ số DEC và RA.