潛水已久，這段時間我都在忙工作和生活上的事，我也想了很多新的主題，包括太陽、恆星演化、外星文明等等，最後終於決定這次以我們所在的這個地球來做主軸，同時會講一些天文航海的知識，所以本篇文章裡可能會提到比較專業的天文航海專有名詞跟觀念，我會盡可能去解釋，但也怕提到太多專有名詞會讓人想睡覺，所以只會提到幾個比較重要的名詞，有錯誤的話歡迎各位指教。
在這裡必需說，這篇文章大部分的解說圖會是我手畫的請各位見諒，因為我在課本上找到的圖連我都看不懂了，我相信各位肯定一頭霧水，另外我在整理資料的時候看著課本和筆記，心裡還是有種我到底看了三小的錯覺，真心不騙。
在大爆炸後宇宙和恆星演化過程中，當一團以氣體狀態聚集在一起的物質形成地球時，由於角動量守恆定律這些氣體就只能邊繞著氣體中心旋轉邊往中心聚集，這些最後來到中心旋轉的氣體物質漸漸組成了地球，地球周圍不再有其他物質，因而失去摩擦力，地球就繼續不停的旋轉下去。
地球繞著自己的地軸轉動、由西向東。逆時針旋轉似乎是宇宙天體運行的普遍規律，無論是地球自轉、地球公轉太陽、太陽自轉，都遵循著這個規律，雖然尚未證明逆時針旋轉比順時針旋轉更有好處，但到目前為止這確實是宇宙中普遍規律，幾乎只有金星自轉例外。
如果從地球的北極方向觀察太陽系所有行星都是以逆時針方向公轉，也是逆時針自轉 ( 也可稱為順行自轉 )，但是金星自轉方向不但逆行自轉 ( 順時針 )，自轉一圈是243個地球日，是所有太陽系行星中最慢的。或許在數十億年前的重轟炸時期曾為金星製造過一顆衛星，但大約一千萬前後，另一個撞擊事件反轉了金星的自轉方向，且造成金星的衛星逐漸螺旋向內與金星合併。
但其實逆時針、順時針的概念是由人類自己定義，宇宙形成第一個天體的時候就是在逆時針旋轉，後來形成的天體紛紛跟上其他天體的腳步，因此逆時針成為宇宙中大部分天體旋轉的普遍規則，曾而創造這個穩定、秩序的宇宙。
雖然我很疑惑為什麼是逆時針旋轉，但這可能又會是人類解不開的宇宙謎團之一了吧，所以與其質疑這些不是實體的問題，不如靜下心來理解在自己周圍的有趣事物。地球這個在宇宙中或許唯一存在生命的星球繞著太陽緩緩地轉動，她每天自轉，公轉著太陽，經過了45.5億年的時光，她演變成現在這個豐富美麗的世界，翠綠的森林、溫暖的氣候、寬闊的大地、充滿生機的海洋還有待在地球上的每一個人，這個孕育無數生命的天體照著宇宙的規則也過著自己的生活。
地球雖是球體但其實是一個不規則的扁球稱做「地球形」，地球內部物質分布和地球形狀有關，假設地球內部組成物質分布平均，則由地球引力和自轉的慣性離心力造成的地球形狀應該有規則，但實際上地球內部物質分布不均所以造成形狀不規則。地球的扁平率大約是1/298.257222101，行星通常自轉速度越快，扁平率越大。
地球的一舉一動都影響著生活在這裡的我們，她的自轉產生了很多現象，像是日夜更替還有與天文航海有關的天體視運動、時區，等等很多很多有趣的現象。
天體視運動分為：
1.平行於地球赤道平面之運動
2.以地軸為軸之圓周運動
3.恆定速率運動
天體視運動之圓周為日行圈Diurnal Circle or Daily Circle，天體若能被觀測，則天體必位於觀測者的天水平線以上，天水平線指依經過地球球心且垂直於觀測者位置與地球球心連線之平面，因此天體視運動現象跟隨觀測者所在緯度而改變。
日夜更替，地球相對於太陽的平均自轉週期稱為一個平太陽日。平太陽日是由美國天文學家Simon Newcomb提出，主要是為了得到一個均勻適用的日常時間。平太陽日是經由觀察太陽相對於恆星的周日運動所獲得的平均太陽時，經由人為的調整顯示在時鐘上的時間，固定為24hr 00mn。
地球繞地軸自轉一圈360°約為23hr56mn，此為一個恆星日Sidereal Day，此與太陽日不同，平均太陽日為24hr 00mn。
太陽日361°＞24hr＞恆星日360°≒23hr 56mn
簡單來說就是我們定義一天24小時 ( 平均太陽日 )比實際觀測太陽 ( 恆星日 ) 獲得的一天時間還要多了大約4分鐘。
1的位置太陽在子午線M之正上方，當地球逆時針方向旋轉到2的位置時，地球已完成遶地軸一圈360°，但太陽仍在子午線東方，直到地球在自轉4分鐘後，太陽才再度到子午線上，也就是3的位置。( 此平均4分鐘一地球位置略有差異 )
時區，地球的經線以15°劃分360°的話，一個時區15°=1小時，15‘=1分鐘，15“=1秒
以格林威治天文台為0°中央子午線，計算時區的方式為往東+1小時，往西-1小時，正因為地球由西往東自轉才會產生這樣的計算時間方式，同時也產生天體東升西落的視運動。
天文航海以星星 ( 以下稱天體 ) 來當作定位的工具，天赤道座標系統用來標示出天體位子、天赤道、觀測者位子等等，能夠提供很多資訊，天赤道座標系統就像一個地球向天上投影的地球經緯度系統。
天文航海主要用到三個座標系統：
1.地球座標系統Earth System of Coordinates：軸、極、赤道、緯度平行圈、子午線Meridian、緯度Latitude, L、經度Longitude, λ、緯度差、經度差。( 在地文航海非常重要 )
2.天赤道座標系統Celestial Equator System of Coordinates：
天子午線 Celestial Meridians：任一地球子午線向天上投影而形成的天子午線。
時圈 Hour Circle：在天球上任一通過天體與天南北極之大圈*，當天體移動時，時圈亦隨天體移動。
*大圈：有切過球心的圓圈，在地球上的大圈其平面必定通過球心，且大圈必定能將地球平分為相等的部分，通過南北極且切過圓心的大圈就是子午線，赤道也是大圈。
赤緯 Declination,Dec or d：由天赤道沿某一天體之時圈向北或南量至該天體之角距離，以弧度表示，以N、S來表示度量方向。
子午角 Meridian Angle,t：在某一時間某一地點 ( 通常是觀測者所在地 )的天子午線沿天赤道向東或西量到天體時圈之角距，即是該天體於該時間的子午角。由000°至180°， E or W。
格林威治時角 Greenwish Hour Angle,GHA：於一時間由格林威治天子午線沿赤道向西量至天體時圈之角距，為該天體GHA。
當地時角 Local Hour Angle,LHA：於一時間點，某地之天子午線沿赤道向西量至某天體。
恆星時角 Siereal Hour Angle,SHA：於一時間點，由春分點Aries所在之時圈向西量至一天體時圈之角距，SHA=360°-RA
赤經 Right Asscension,RA：於一時間點，自春分點Aries向東量至該天體之角距。
觀測者所在的位子會以λ來標示，用r來表示春分點。
所以用圖來表示的話大概是這樣子：
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上半部的4個圖是在解釋底下的算式，怕太小看不清楚我在下面再打出來一次。
GHA☆=GHAr + SHA☆
LHA☆=LHA r + SHA☆
LHA☆=GHA☆-λw
LHA☆=GHA☆+λE
練習題我簡單的說明一下，右邊解說圖的M是指觀測者的經度(我會把它叫做λ)，G是格林威治天子午線，☆就是天體，這個天球的線往左是西，往右是東，GHA是格林威治天子午線往西量至天體的角度，所以G到☆的角度是55°，而觀測者的位子是東經25°，所以我們的M是在G往右邊25°。
因為λ的數字是東加西減，LHA是觀測者M往西量至天體，t是觀測者向東或西量到天體的角度。
所以可以得出LHA=55°+25°=80°，t=80°
3.天水平座標系統Celestial Horizon System of Coordinates：
天頂Zenith,Z：由地心與觀測者之連線像頭頂方向之延伸上天球的點。天頂在水平線之高度為90°。
天底Nadir,Na：由觀測者像地心之連線延伸上天球的點，天頂和天底相距180°，天頂和天底就是天水平座標的兩極，天頂和天底連線為軸。
垂直圈Vertical Circle：通過天頂及天底之大圈，均垂直於天水平面。
主垂直圈Principal Vertical Circle：經過天南北極之垂直圈。
卯酉圈Prime Vertical Circle：經過觀測者天水平之東、西兩點之垂直圈。
高度Altitude,Alt：由天水平面沿某一天體的垂直圈向天頂方向量至天以之弧長。
高度平行圈Parallel of Altitude：經過某一天體之小圈且平行於天水平面者。
方位Azimuth,Zn：由正北順時針量到天水平面與天體所在垂直圈之交點。000°~360°。
方位角Azimuth Angle,Z：由正北或正南沿天水平面向東或向西量至天體所在之時圈。000°~180°。
天頂距Zenith Distance,zd：由觀測者之天頂沿垂直圈至天體之大圈弧距，因為由天頂至天水平面為90°，若天體在天水平線上則天頂距=90°-高度，天體在天水平下則天頂距=90°+高度。
天赤道和天水平合併之座標系統
上面這個圖有個用粗線描出來的球面三角就是航海三角形。
建立一個航海三角形需要三點、三邊、三角。
以上圖來說：
三點為天極Pn ( 最靠近觀測者的極 ) 、觀測者之天頂Z、天體的位置X。
三邊為極距90°-Dec、餘緯90°-緯度、天頂距90°-天體高度。
三角為子午角t、方位角Zn、天體角X。
下面的圖是三種座標系統名詞的比較表。
上中天與下中天 Upper and Lower Transit
天體在子午線上稱為中天，子午線在地球上唯一經過兩極和一個已知位置的大圈。當天體經過觀測者所在子午線之上半部，稱為「上中天Upper Transit」，是該天體在最高點的位子，也是該天體最接近天頂的時刻，而下中天則是天體經過子午圈的另一邊的時候，這時天體在天球的最低處，也可以說是在觀測者的腳底下，地平線之下。
地平坐標在測量天體出沒上非常實用，地平坐標系統是天是天球坐標系統中的一種，以觀測者所在地為中心點，所在地的地平線作為基礎平面，將天球適當的分成能看見的上半球和看不見（被地球本身遮蔽）的下半球。上半球的頂點（最高點）稱為天頂，下半球的頂點（最低點）稱為地底。
當一個天體高度為0°就表示該天體在地平線上，此時若高度增加就代表上升，減少就表示下降，然而天球上所有天體運動受到由西向東的周日運動支配，所以與其去觀測高度加減，不如觀測天體方位來判斷上升或下降。
當天體方位在0°~180°之間 (北、東、南即子午線之東 )是上升。
當天體方位在180°~360°之間 (南、西、北即子午線之西 )是下降。
這個概念可以說決定了我們判斷一天開始的起點。天文時間的一日指天體連續兩次經過中天所經歷的時間，而天體在上中天時，當地時角LHA為0°，若以此時來當作一天的開始00點看似合理，但如果以太陽來說，太陽在上中天時約在中午，若以此時當作00點則會發生上午、下午日期不同的情況，所以將00點設定在由下中天開始。平均太陽於GMT 00-00-00在下中天，在GMT 12-00-00通過上中天。10266Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡnZNfAIQgZl
太陽在上中天的時候方位會在觀測者的正南方。
因為時角有GHA和LHA的分別，所以時間亦有格林威治平均時Greenwish Mean Time,GMT和地方平均時Local Mean Time,LMT的分別。
LMT=LHA/15°±12hr
GMT=GHA/15°±12hr，若GHA/15°＜12則+12hr，GHA/15°＞12則-12hr
區域時間Zone Time,ZT：基準子午線或區域子午線之地方平均時，全時區採用相同之時制，區域子午線通常即為最近之基準子午線，在海上其經度洽為15°的倍數。
時區標號Zone Description,ZD：以15°為倍數共24個時區，每一時區在其中央子午線兩旁各為7.5°。
GMT=ZT+ZD
天文位置線Line of Position,LOP
假定船位Assumed Position,AP：在使用航海三角形定為時，先假設船員在某一選定位置上，而此選定之船位為AP，AP會在船員所能定出最佳*估計船位EP附近。為便於航海表之使用及繪圖，AP很少與EP或*DR一致，選擇之緯度及子午角兩者均為整度數AP。選定AP，且已知觀測天體*GP即可容易求得餘緯、極距及子午角。此時已知兩邊 ( 餘緯及極距 ) 與其夾角t之航海三角形即可求出於高級方位角。
AP依計算所得之方位繪一直線，再沿此直線案一浬等於一分弧繪出等高差 ( 即截距 ) ，若觀測高度較計算高度大Toward則向天體方向度量Homoto，若小則遠離Away天體方向度量。
*推算船位Dead Reckoning,DR：推算乃應用最後所確定之正確船位，一距他鎖定之航向和航速，不計水流之影響而以向量或連串之向量決定船所在概略位置之過程。依此在海圖上之描繪稱為推算描繪DR Plot。
於決定推算船位時只能使用駕駛航向，且使用的航駛距離只能使用所定速率乘以所行使之時間。推算描繪DR Plot必須由一以之確定船位開始描繪，由一*定位Fix或*航進定位Running Fix開始描繪。每次求得一定位或航進定位，應由此再繪新的推算船位。
*估計船位Estimated Position,EP：由不完全或準確性有懷疑之資料所定出之最可能船位。實際上以DR船稍佳，是以可用之最佳資料所定之船位。
*定位Fix：某一特定時間定出之高精準度船位。
*航進定位Running Fix：一精準度較定位稍差之船位，所依據資料部分為當下之資料，部分為前一時間轉移至當時之資料。
*天體在地球球面上之地理位置Geographic Position,GP：為使天文航海之原理更簡單說明，將每一天體之視位置考慮其在地球之球面上。假設地球唯一玻璃球體，而觀測者位於地球球新，當觀測者觀測到一天體，其光線必經前面上的一點，而此點稱為GP。由於地球自轉，此點定速向西移動，但在任何時間其在地球球面上之精準位置都可由航海曆查出。若一天體之正確位置已知，船員即可借六分儀觀測其高度，而求得一位置線。其恰似地文航海中，觀測一已知地面岸標得依位置線。
等高度圈Circle of Equal Altitude：為說明量取高度支基本概念，假設一根垂直直立的木桿立於地平面上，此時木桿的底端是一個GP，在木桿頂端以數條等長支索釘於地面上，這幾點必與木桿底等距離，支索與地面所夾之仰角亦相等，且地面上各點構成一以木桿底端為基點的圓圈，此圓圈極為等高圈。於已知木桿知高度情況下，逤相對知角度已知，則可依平面三角求出圓上各點距圓心的距離。
由於地球知表面為一曲面，觀測者所在水平面於觀測者位置切於地球表面，且僅於該點相切，因此觀測者水平面與天體之光線間之夾角隨觀測者之位置移向Toward或離開Away GP而變。
當觀測者移近GP，則由觀測者之水平面所測得之水平面之觀測高度增大，而當觀測者遠離GP則觀測高度減少。同理若地球上兩個不同位置天體的觀測高度相同，則兩個位置距天體GP的距離必定相等。
由於觀測高度與觀測者距離GP成比例，可將餘高 ( 90°-高度 )變換成距離GP之線距離，而此距離等於等高度圈之半徑，此半徑通常太大，於實際作業時僅畫出靠近DR的一段，且實際上一段很短之弧度亦以直線表示。
若於麥氏海圖上繪出等高圈，由於半徑太長，故於一般航海海圖上不可能繪出等高圈，且在麥氏海圖上，由於不同之緯度使用不同比例尺，在海圖上等高圈是橢圓不是正圓，所以實際航海上使用截距法Intercept Method以求天文位置線。
觀測高度Observed Altitude,Ho：觀測者以六分儀測得天體高度經修正後得出的高度稱為Ho。Hc和Ho皆與天體GP為中心等高圈成比例，其第一等高圈經過AP，第二等高圈經過觀測者實際位置。
計算高度Computed Altitude,Hc：使用AP天體在地球之地理位置及上極Pn所構成之航海三角形，可用球面三角計算出高度。
高度截取Altitude Intercept,a：Hc和Ho之差稱為a，高度截取亦計算等高圈與觀測者等高圈半徑長度之差，高度較小天體之等高圈較高度大之天體等高圈離GP遠。
Hc＞Ho時，觀測之實際位置較AP遠離GP
Ho＞Hc時，觀測之實際位置較AP接近GP
截距通常均由AP繪出，而其後面標註T、A以表示向或離GP。
綜合以上，求取位置線的步驟：
1. 求取觀測天以高度
2.解算含AP在內之航海三角形以求計算高度Hc及真方位Zn，三角函數公式：
sin Hc = sin aL × sin Dec + cos aL × cos Dec × cos t
tan Zn = sin t ÷ cos aL × tan Dec - sin aL × cos t
3. 求計算高度Hc和Ho之差距a
4.自AP之方向量取截距a，Ho＞Hc (T)，Ho＜Hc (A)
5. 在a之端點做一與a垂直之線為LOP
以下舉一個用定位圖紙繪出的FIX，題目 ( 這是4星定位 ) ：
求出天體ZT10266Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡj3RJcvzhQN
參考資料：
天文航海學 周和平著
地文航海學 周和平著
ns 15.158.61.17da2
