解析宇宙學：天體的空間位置在周堅空間直角坐標繫上的描述

解析宇宙學：天體的空間位置在周堅空間直角坐標繫上的描述

周堅/2012年9月23日

一個天體所輻射出來的光（電磁輻射）在空間中的傳播，我們已經在光（電磁輻射）傳播的解析理論中詳細論述了。在該理論中，我們是藉助建立周堅空間直角坐標系來描述一個天體的光（電磁輻射）傳播過程的，在這篇章節中，我們給出天體的空間位置在周堅空間直角坐標繫上的描述，讓我們真正理解天體在宇宙空間中的對應位置關係。

1 天球坐標系

天球坐標系是天文學上用來描述天體在天球上位置的坐標系，它是利用基本星曆表的數據把基本坐標系固定在天球上，星曆表中列出一定數量的恆星在某曆元的天體赤道坐標值，以及由於歲差和自轉共同影響而產生的坐標變化。常用的天球坐標系：天球赤道坐標系、天球地平坐標系和天文坐標系，它們的共同點都是使用球面座標投影在天球上，類似於使用在地球表面的地理坐標系統。

在天球坐標系中，天體的空間位置可用天球空間直角坐標系或天球球面坐標系兩種方式來描述。

1.1. 天球空間直角坐標系的定義

地球質心O為坐標原點，Z軸指向天球北極，X軸指向春分點，Y軸垂直於XOZ平面，與X軸和Z軸構成右手坐標系。則在此坐標系下，空間點的位置由坐標（x，y，z）來描述。

1.2．天球球面坐標系的定義

地球質心O為坐標原點，春分點軸與天軸所在平面為天球經度（赤經）測量基準——基準子午面，赤道為天球緯度測量基準而建立球面坐標。空間點的位置在天球坐標系下的表述為（r，α，δ）。

天球空間直角坐標系與天球球面坐標系的關係可用如下示意圖來表示：

1.3．坐標點之間的關係

對於同一空間點，天球空間直角坐標系與其等效的天球球面坐標系參數間有如下轉換關係：

2 周堅空間直角坐標系及天體坐標的確定

周堅空間直角坐標系是解析宇宙學用來描述天體所輻射出來的光（電磁輻射）在宇宙空間中傳播的相對位置的坐標系，它是在笛卡爾空間直角坐標系的基礎上將光（電磁輻射）在傳播過程中的周堅紅移（本身傳播紅移）隨傳播距離的增大而有規律的增大的自然現象對應繪製在距離刻度上形成的坐標系，為了應用的方便，它同樣以地球質心O為坐標原點，春分點軸與天軸所在平面為天球經度（赤經）測量基準——基準子午面，赤道為天球緯度測量基準而建立球面坐標，並規定經度（赤經）用「α」來表示，緯度用「δ」來表示，如此一來，空間點的位置在天球坐標系下的表述就是（r，α，δ），其中r是天體到坐標原點的距離。

在這種特定的周堅空間直角坐標繫上，對於同一空間點，周堅空間直角坐標系與其等效的天球球面坐標系參數間就滿足如下轉換關係：

有了這套轉換系統，我們就可以通過觀測天體的周堅紅移z_z、經度α和緯度δ來確定天體在空間位置坐標了。為什麼呢？因為在這七個相關參數中，天體的周堅紅移z_z、經度α和緯度δ是可以一直觀測到的參數。對於周堅紅移z_z來說，雖然在實際觀測中，我們觀測到的紅移包含多普勒紅移的成分，但在天體距離大到一定的程度，在天體紅移中的周堅紅移將取代多普勒紅移而成為紅移中的主要成分，這就為我們提供了直接分析遙遠天體的條件。當然了，對於近距離的天體我們也能通過一些必要的手段來將天體紅移中的周堅紅移和多普勒紅移區分開來，為我們直接研究近距離天體創造條件。

3 應用實例

我們還是以美國航天局（NASA）官網2012.6.12新聞報道的重疊星系對NGC 3314為例，通過周堅空間直角坐標系與天球坐標系的參數轉換系統，從中看看我們通過哈勃太空望遠鏡拍攝到這難得一見的重疊星系對NGC 3314在周堅空間直角坐標系與其等效的天球球面坐標系參數間的關係轉換情況（詳見如下示意圖）。

4 結束語

舉一反三，依據周堅空間直角坐標系與相應天球坐標系參數間的關係轉換系統，對於所有觀測到的天體，只要我們通過觀測獲得對應天體的紅移和經緯度參數，那麼我們就能夠在事先確定好的周堅空間直角坐標繫上確定它們的空間位置，就這樣竟而讓我們能夠通過代數的計算來解決宇宙問題，這就是名副其實的解析法，解析宇宙學的創立就這樣完成了它的歷史使命。

總之，解析宇宙學的理論框架現在已經搭建完成，今後的努力方向不外乎就是進一步去完善它，並不斷充實它的應用內涵，為我們正確認識宇宙提供正確的分析思路，讓猜想的宇宙歷史儘早地翻過去，讓我們人類真正演進成為能夠在無限宇宙之中自由翱翔的宇宙人（就是我們常說的外星人）的宇宙時代早日到來，讓我們人類早日擰成一股繩，齊心協力奔向未來那異常美好的宇宙社會挺進，說真的，那才是我們地球人真正嚮往的人類社會，那是宇宙人的社會，解析宇宙學的創立和應用，最終就是為我們地球人指明了我們人類最終發展的方向！方向！！方向！！！我們人類最終發展的方向！方向！！方向！！！它不外乎就是讓我們人類最終脫離地球向著宇宙人的宇宙社會方向挺進！挺進！！挺進！！！