地平坐标与本地天空

天球上的许多基准线都属于大圆。用一个经过球心的平面切天球，平面与球面的交线就是大圆；它的半径与天球半径相同，并把天球分成面积相等的两个半球。若切平面没有经过球心，交线便是小圆。

地平圈由地平面与天球相交而成。天子午圈经过天顶、北点和南点。对于任意一个星点，穿过星点、天顶和地平圈上垂足 P 的竖直圈也是大圆。后面讨论的方位角和高度角，都要沿这些大圆量取。

真正准备观测时，方向还不够。还需要知道目标位于东南还是西北，离地平线多高。这些量不能脱离观察者而谈。同一颗亮星在北京、昆明和悉尼的本地位置不同；即使站在同一处，隔一小时再看，它的位置也会变。

地平坐标系专门处理这种“此时此地”的问题：现在把望远镜往哪里转、抬多高。对于肉眼辨星、架设望远镜、安排拍摄和记录流星，这种随地点与时刻变化的坐标很实用。

地平坐标用两个角度给目标定位。高度角 h 从理想地平线量起，沿着经过目标的竖直大圆向天顶增加：地平线上是 0°，天顶是 90°，地平线以下为负值。它表示观察者视线相对于当地水平面的夹角，不等同于目标和地面的真实距离，也不能从照片边缘的像素位置直接读出。

方位角 A 则在理想地平线上量。本站采用天文和导航中常见的约定：从北点起向东增加，北为 0° 或 360°，东为 90°，南为 180°，西为 270°。“东南”覆盖 90° 到 180° 之间的一段方向。部分星图软件、老式教材或仪器会使用南起算等约定，读取数据前必须先看清零点和增加方向。

把两者写在一起，例如 A = 135°、h = 42°，才是一组完整的本地位置。第一个数决定你沿地平线转向哪里，第二个数决定你沿那一方向抬头多少。它们共同对应天球上的一个方向，缺一不可。

通过天顶、北点和南点的那条大圆，叫作天子午圈。它把本地天空分成东、西两半。这里的子午圈画在天球上，和地球表面的经线不同；换一个观测地点，天顶改变，天子午圈也随之改变。

当天体由东向西的视运动穿过天子午圈时，称为上中天或上中天时刻。对通常从南天经过的目标来说，它往往正处在当日最高的位置，也就是高度角最大，因此通常较适合观测。

光穿过大气时会在密度不断变化的空气层中折射。接近地平线时，光线在大气中的路径很长，眼睛接收到的最后一段光线方向也会偏高。因此，低空天体的视位置通常高于它的几何位置。标准大气条件下，几何地平线附近的折射量约为 34 角分，已经超过满月视直径。实际数值会随温度、气压和近地层状况明显改变。

同一段长路径也会让光被削弱得更多、像面更不稳定。天文学把沿视线穿过的大气路径长度与天顶方向路径长度之比称为大气质量（airmass）。高度降低时，它迅速变大。用天顶距估算大气质量有近似公式 X ≈ sec(90° − h)，但接近地平线时误差会迅速增大。