Небесный меридиан пересекается с линией математического горизонта в двух точках, которые называются точкой севера (она расположена в стороне северного полюса мира) и точкой юга. Слева от точки юга по линии истинного горизонта на угловом расстоянии, равном 90°, расположена точка востока, справа на таком же угловом расстоянии — точка запада. На полюсах Земли эти понятия теряют смысл.
И ещё одно, теперь уже последнее построение на небесной сфере. Проведем через её центр плоскость, перпендикулярную к оси мира. Эта плоскость навивается плоскостью небесного экватора. Она пересечет небесную сферу по окружности большого круга — небесному экватору.
Небесный экватор, аналогично земному экватору, делит небесную сферу на два полушария. Полушарие, содержащее северный полюс мира, называется северным, противоположное — южным.
Теперь мы располагаем всем необходимым для построения систем небесных координат. Существует несколько таких систем. Для практических целей наиболее удобны две из них.
Первая система называется горизонтальной системой координат. В качестве основной плоскости в этой системе принята плоскость истинного горизонта.
Первой координатой в этой системе служит высота светила над горизонтом (обозначается буквой h). Она отсчитывается в градусах от плоскости горизонта по дуге большого круга, проходящего через данное светило и зенит (вертикала) (рис. 4).
Рис. 4. Горизонтальная система координат.
Если светило расположено выше плоскости математического горизонта, высота считается положительной, ниже — отрицательной и измеряется от 0 до 90°. Вместо высоты иногда рассматривают зенитное расстояние — угловое расстояние светила от зенита, которое изменяется от 0 до 180°.
Второй координатой в горизонтальной системе является азимут (обозначается буквой А). Это дуга математического горизонта от точки юга до вертикала, проходящего через светило. Азимут отсчитывается также в градусах по линии горизонта в сторону суточного вращения небесной сферы (к западу) от точки юга до точки пересечения линии горизонта с дугой вертикала, проходящего через зенит в данное светило (азимут точки запада равен 90°, а азимут точки востока 270°).
Горизонтальная система небесных координат весьма удобна для решения ряда задач практической астрономии, в частности, для определения видимых положений светил с помощью угломерных инструментов. Однако есть у неё и одна особенность. Дело в том, что обе горизонтальные координаты изменяются с течением времени. Благодаря вращению небесной сферы изменяется азимут, а вследствие того, что ось вращения небесной сферы наклонена под некоторым углом к отвесной линии, светила то поднимаются над горизонтом, то опускаются, т. е. изменяется и их высота. Это обстоятельство делает систему горизонтальных координат не совсем удобной для «целеуказаний») на небе. При использовании горизонтальных координат всякий раз необходимо производить соответствующий перерасчёт с учетом момента наблюдения и широты данного места.
Рис. 5. Экваториальная система координат.
В этом смысле более удобна экваториальная система координат (рис. 5).
Первая экваториальная координата, склонение (обозначается δ), аналогична земной широте. Склонение — это угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора. Оно отсчитывается в градусах по дуге большого круга, проходящего через полюс мира и данное светило (круг склонения). В том случае, если светило расположено в северном полушарии, склонение считается положительным, если в южном — отрицательным.
Вторая координата, прямое восхождение (обозначается α), отсчитывается но кругу небесного экватора в направлении, противоположном суточному вращению небесной сферы от некоторой фиксированной точки до соответствующего круга склонения, проходящего через данное светило.
Выбор точки отсчёта прямого восхождения связан с годичным движением Земли вокруг Солнца. Благодаря тому, что наша планета движется по замкнутой орбите вокруг дневного светила, земному наблюдателю кажется, что Солнце непрерывно перемещается по небесной сфере с запада на восток и в течение года описывает окружность большого круга, получившую название эклиптики.
Таким образом, эклиптика — это видимый годичный путь Солнца по небесной сфере. Эклиптика наклонена к небесному экватору под углом 23°27'. Следовательно, Солнце то поднимается над экватором, то опускается под него. Два раза в течение года центр Солнца пересекает экватор, переходя 20 или 21 марта из южного полушария в северное (точка весеннего равноденствия) и 22 или 23 сентября из северного в южное (точка осеннего равноденствия).
Именно точка весеннего равноденствия и избрана в качестве точки отсчёта прямого восхождения в экваториальной системе координат.
Прямое восхождение обычно измеряется в часах. Весь круг экватора разделён на 24 часа: одному часу соответствуют 15 угловых градусов.
Экваториальная система координат тесно связана с небесной сферой, составляя с ней как бы единое целое. Иными словами, экваториальные координаты небесных светил (речь идёт, разумеется, о звездах и внегалактических объектах, поскольку Солнце, Луна, планеты и кометы обладают собственными перемещениями по небесной сфере и их экваториальные координаты непрерывно меняются) с течением времени остаются неизменными. Это объясняется следующими обстоятельствами.
Во первых, по самому построению небесной сферы все небесные светила при её вращении описывают окружности, плоскости которых параллельны плоскости небесного экватора. Но это и значит, что угловое расстояние светила от экватора, т.е. склонение, с течением времени не испытывает изменений.
Во-вторых, поскольку точка весеннего равноденствия сама участвует во вращении небесной сферы, то и угловые расстояния по линии небесного экватора от этой точки также остаются неизменными.
Следовательно, знание экваториальных координат позволяет без каких бы то ни было дополнительных вычислений находить на небесной сфере любую звезду.
Правда, если говорить строго, то вследствие отклонения фигуры Земли от идеального шара и неравномерного распределения масс в её недрах, ось вращения Земли совершает сложное движение в пространстве. В частности, за 26 000 лет она описывает в пространстве вокруг оси эклиптики конус в направлении часовой стрелки (если смотреть из мирового пространства на северный полюс Земли). В результате точка весеннего равноденствия перемещается вдоль эклиптики с востока на запад на 50'', 256 в год, «предваряет» Солнце, и весна начинается каждый год на 20 минут 24 секунды раньше. Это явление получило название прецессии или предварения равноденствий. Благодаря прецессии происходит медленное смещение по эклиптике точек весеннего и осеннего равноденствий, а также северного и южного полюсов мира по небесной сфере. В частности, примерно через 14 000 лет северный полюс мира переместится в район звезды Веги из созвездия Лиры. Тогда Вега станет полярной звездой.
В современную эпоху точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, а точка осеннего равноденствия в созвездии Девы.
Рис. 6. Эклиптическая система координат.
Наряду с экваториальной системой координат иногда пользуются ещё и так называемой эклиптической системой (рис. 6), где основным кругом отсчёта служит линия эклиптики. По аналогии с полюсами мира можно ввести понятие полюсов эклиптики.