解析宇宙学：天体的空间位置在周坚空间直角坐标系上的描述

周坚/2012年9月23日

 

一个天体所辐射出来的光（电磁辐射）在空间中的传播，我们已经在光（电磁辐射）传播的解析理论中详细论述了。在该理论中，我们是借助建立周坚空间直角坐标系来描述一个天体的光（电磁辐射）传播过程的，在这篇章节中，我们给出天体的空间位置在周坚空间直角坐标系上的描述，让我们真正理解天体在宇宙空间中的对应位置关系。

1  天球坐标系

天球坐标系是天文学上用来描述天体在天球上位置的坐标系，它是利用基本星历表的数据把基本坐标系固定在天球上，星历表中列出一定数量的恒星在某历元的天体赤道坐标值，以及由于岁差和自转共同影响而产生的坐标变化。常用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系，它们的共同点都是使用球面座标投影在天球上，类似于使用在地球表面的地理坐标系统。

在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式来描述。

1.1. 天球空间直角坐标系的定义

地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（x，y，z）来描述。

1.2．天球球面坐标系的定义

地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。

天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用如下示意图来表示：

 

 

1.3．坐标点之间的关系

对于同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系：

 

 

2  周坚空间直角坐标系及天体坐标的确定

周坚空间直角坐标系是解析宇宙学用来描述天体所辐射出来的光（电磁辐射）在宇宙空间中传播的相对位置的坐标系，它是在笛卡尔空间直角坐标系的基础上将光（电磁辐射）在传播过程中的周坚红移（本身传播红移）随传播距离的增大而有规律的增大的自然现象对应绘制在距离刻度上形成的坐标系，为了应用的方便，它同样以地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标，并规定经度（赤经）用“α”来表示，纬度用“δ”来表示，如此一来，空间点的位置在天球坐标系下的表述就是（r，α，δ），其中r是天体到坐标原点的距离。

在这种特定的周坚空间直角坐标系上，对于同一空间点，周坚空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间就满足如下转换关系：

 

 

有了这套转换系统，我们就可以通过观测天体的周坚红移z_z、经度α和纬度δ来确定天体在空间位置坐标了。为什么呢？因为在这七个相关参数中，天体的周坚红移z_z、经度α和纬度δ是可以一直观测到的参数。对于周坚红移z_z来说，虽然在实际观测中，我们观测到的红移包含多普勒红移的成分，但在天体距离大到一定的程度，在天体红移中的周坚红移将取代多普勒红移而成为红移中的主要成分，这就为我们提供了直接分析遥远天体的条件。当然了，对于近距离的天体我们也能通过一些必要的手段来将天体红移中的周坚红移和多普勒红移区分开来，为我们直接研究近距离天体创造条件。

 

3  应用实例

我们还是以美国航天局（NASA）官网2012.6.12新闻报道的重叠星系对NGC 3314为例，通过周坚空间直角坐标系与天球坐标系的参数转换系统，从中看看我们通过哈勃太空望远镜拍摄到这难得一见的重叠星系对NGC 3314在周坚空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的关系转换情况（详见如下示意图）。

 

 

4  结束语

举一反三，依据周坚空间直角坐标系与相应天球坐标系参数间的关系转换系统，对于所有观测到的天体，只要我们通过观测获得对应天体的红移和经纬度参数，那么我们就能够在事先确定好的周坚空间直角坐标系上确定它们的空间位置，就这样竟而让我们能够通过代数的计算来解决宇宙问题，这就是名副其实的解析法，解析宇宙学的创立就这样完成了它的历史使命。

总之，解析宇宙学的理论框架现在已经搭建完成，今后的努力方向不外乎就是进一步去完善它，并不断充实它的应用内涵，为我们正确认识宇宙提供正确的分析思路，让猜想的宇宙历史尽早地翻过去，让我们人类真正演进成为能够在无限宇宙之中自由翱翔的宇宙人（就是我们常说的外星人）的宇宙时代早日到来，让我们人类早日拧成一股绳，齐心协力奔向未来那异常美好的宇宙社会挺进，说真的，那才是我们地球人真正向往的人类社会，那是宇宙人的社会，解析宇宙学的创立和应用，最终就是为我们地球人指明了我们人类最终发展的方向！方向！！方向！！！我们人类最终发展的方向！方向！！方向！！！它不外乎就是让我们人类最终脱离地球向着宇宙人的宇宙社会方向挺进！挺进！！挺进！！！