你是否有过这样的经历，早早看到“X年一遇的X天象将于X日X时X分到达最佳观测时间”，特意空出时间外出观察，然而面对满天星斗内心无比激动，却找不到自己要观测的目标，我到底应该朝哪里看才对？或者明明把望远镜对准了目标，但却眼睁睁看着目标从视野里移出？市场上五花八门的天文望远镜选择了各式各样的支架，哪一种才是合适我的？
对于有一定基础的天文爱好者往往直接通过辨认星座就能判断出目标的方向，而对于大多数人来说，最需要的不是一句“你往某某星座的方向看”，而是“你面朝北偏东站着，抬头仰望，一会儿就会在那片天空出现”。
那么有没有专门给星星用的地址，即便不认识星座也能准确描述星星的位置呢？
地球表面任意一个地点都可以用一组经纬度确定
因为星星距离我们太过遥远，我们可以把自己想象成身处一个半径极大的球壳之中，星星全都内嵌在球壳面上，这个球壳被称为天球。和地球上每个地点都可以通过经纬度的数字确定出来类似，天球也可以通过一组坐标来明确天体的方向。
地球上有南北极和赤道，经线汇聚相交沟通南北，纬线平行赤道横贯东西。可是天球上怎么确定经纬线沿哪个方向呢？根据不同的方向选择，常用的天文坐标系统有三大类，地平坐标系，赤道坐标系，黄道坐标系。不同的望远镜支架也适用于不同的坐标系统。
像开头那样，“你面朝北偏东站着，抬头仰望，一会儿就会在那片天空出现”，实际上已经暗含了我们要谈的第一种天文坐标系统——地平坐标系统。
地平坐标系把地平面和天球的交线作为基准的大圆称为地平圈，把正头顶所对天球上的点称为天顶，脚下所正对天球上的点称为天底。这样就可以用地平经圈类比地球上的赤道，天顶天底类比地球的两极。高度角直接可以对应类比纬度，若是正值，就说明天体位于地平线以上，负值则在地平线以下。地球上选择通过格林威治天文台子午仪的经线作为本初子午线，而地平坐标系选择通过正北方向的地平经圈作为起始位置，直接用顺时针转过的角度作为方位角，比如正东方向方位角为90°，正南方向方位角为180°，正西方向方位角为270°。
地平坐标系网格像锅盖一样笼罩着观测者，等高圈与地平面平行
地平坐标系最大的好处是以观察者自身所处位置建立坐标系，方便快速判别观测方向，但这也是它最大的缺点。地球不是一个平面，每一个观测点选择的地平面都是不同的，建立的坐标系也是不同的；另外地球不停自转，斗转星移，天体东升西落，地平坐标中方位角和高度角也是不断变化的。这就导致地平坐标系用作天文观测时，只能当地当时使用。
一些入门级天文望远镜一般选择简单的地平式支架、地平式经纬仪或者道布森底座就是基于地平坐标系的思想设计的，对好方位和高度仰角就可以直接观测目标。一些望远镜还会配备Goto自动寻星功能，只要输入观测地位置、观测时间再经过校准以后，计算机就会根据存储的星历自动寻找目标的方向并实时调整坐标的变化实现跟踪。虽然以地平坐标系为基础的经纬仪支架也可以实现自动跟踪，但是依然只适用于目视观测，不适合摄影，因为随着自动跟踪的进行，天体图像会在视野内发生旋转，无法实现长时间曝光。
地球自转导致天体的方位角和高度角都在不断发生变化
入门级望远镜常使用把手控制的地平式支架
路边天文常用道布森支架的反射望远镜，也是根据地平坐标系特点设计的
带自动寻星功能地平式经纬仪支架的望远镜，但基于地平坐标系设计，摄影时面临场旋问题
既然地球自转会让天体东升西落，那么就让望远镜的镜筒跟着地球自转一起转，由此我们就要介绍赤道坐标系统了。
地平坐标系中天体视运动要被分解到两个方向上，赤道坐标系赤纬不变化
将地球的自转轴与天球相交于两点，分别称为北天极南天极，地球赤道面与天球相交的大圆为天赤道，在此基础上给天球建立的经纬坐标系统就属于赤道坐标系统，对应的经度和纬度称为赤经和赤纬。天体的东升西落可以看成天球绕着南北天极极轴转动，赤道坐标系中天体可以保持赤纬坐标不变。根据计算赤经方式的不同，常用的赤道坐标系分成两种，一种与观测地点紧密联系，另一种则与观测地点无关。
先来介绍第一赤道坐标系，这是一种与观测地点紧密联系的坐标系，又被叫做时角坐标系。它以贯穿观测地天顶的子午圈为计算经度（时角）的基准面，顺时针为正方向计算天体与基准面转过的夹角，一圈24h或者360°。大多数情况下使用时间代替角度来计量，这带来一个好处，就是可以知道还有差不多多长时间目标天体可以升到最高点，比如天体A的时角是-30min，那么我们就知道30分钟后它将跨越子午圈达到最大高度，最大限度的减少地表光害带来的影响。相比于地平坐标系，时角坐标系可以做到在同一经度的不同观测点可以共用坐标数据，而且天体的赤纬不会随着地球自转而发生变化。
而第二赤道坐标系则更进一步，它选择不依赖观测地，直接在天球上确定赤经的起点。这个起点就是春分点。黄道是地球公转平面与天球的交线，由于地球自转轴有约23.5°的倾角，天赤道和黄道并不重合，春分点是天赤道和黄道的两个交点之一。与第一赤道坐标系及地平坐标系不同，第二赤道坐标系的赤经是逆时针方向为正方向，春分点赤经0°赤纬0°，夏至点赤经90°赤纬23.5°，秋分点赤经180°赤纬0°，冬至点赤经270°赤纬-23.5°。
使用第二赤道坐标系的话，全天恒星坐标在一定精度要求下很长时间基本都可以认为保持不变，完全不受时间与观测地的限制，更加客观中立。
基于赤道坐标系统设计的望远镜支架被称为赤道仪，赤道仪可以看成将地平式经纬仪倾斜了一个角度。赤道仪有很多种设计方案，比如摄影爱好者常用的星野赤道仪，天文爱好者们常用的德式赤道仪、中式赤道仪，大型望远镜常用的轭式赤道仪、马蹄形赤道仪等等。赤道仪包含两个转轴，一个沿着赤道坐标系的极轴方向，被称为赤经轴，用于调整望远镜所对应的赤经坐标，另一个与赤经轴垂直的被称为赤纬轴，用于调节赤纬坐标（时角坐标）。赤道仪同样可以配备Goto自动寻星功能和跟踪功能，在对准极轴并校准后，输入观测时间和地点即可自动寻星。赤道仪可用于摄影，影像不会发生旋转。
大型望远镜使用的轭式赤道仪
大型望远镜使用的叉式赤道仪
爱好者们常用的德式赤道仪（未安装望远镜）
最后要介绍的是黄道坐标系，和第二赤道坐标系类似，只不过是以黄道为基准建立的经纬坐标系，极点称为北黄极、南黄极，对应坐标称为黄经、黄纬，起点一样从春分点算起，春分点黄经0°黄纬0°，夏至点黄经90°黄纬0°，秋分点黄经180°黄纬0°，冬至点黄经270°黄纬0°。由于太阳系内大多数天体的公转平面都很接近，因此太阳系内天体通常都出现在黄道附近，使用黄道坐标系描述太阳、月球、行星会比赤道坐标系更加便利。
由于观测活动受地球自转影响远超过公转影响，所以现在并没有单独设计一款黄道仪用于观测活动，天体在黄道坐标系的坐标一般都由第二赤道坐标系坐标计算得出。不过在古代球面几何不发达的时代，人们也设计过专门用于黄道坐标测量的工具，被集成在浑天仪的黄道圈上，或单独分离为黄道游仪。
黄道游仪
以后我将继续讲解赤道仪的使用。
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