使用Astropy绘制天区与散点图的坐标匹配问题

尝试用Astropy绘制天区并叠加散点图时遇到坐标系/Matplotlib元素异常：

1. 定义天区的代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import astropy.units as u
from gammapy.maps import RegionGeom
from astropy.coordinates import SkyCoord, CircleSkyRegion

ra, dec = 60 * u.deg, 85 * u.deg

center = SkyCoord(ra=ra, dec=dec)
angle  = 1 * u.deg 
region = RegionGeom(CircleSkyRegion(center, angle))

2. 直接调用region.plot_region()能正常绘制天区，但添加度数单位的散点（如天区中心）时，因当前轴为归一化像素坐标（范围0-1），散点无法显示；
3. 提前定义绑定region.wcs投影的轴后，散点能正常显示，但天区却偏移出可视区域。

想问：两种轴定义的差异是什么？如何实现同时绘制受坐标系变形的天区与其他元素？

一、两种轴定义的核心差异 #

• 自动创建的默认轴：
  这是Matplotlib原生的笛卡尔轴，未关联天文投影（WCS）。region.plot_region()会自动将天区的天文坐标转换为该轴下的归一化像素坐标（0-1范围）进行绘制。此时轴的坐标系统是Matplotlib的像素/归一化坐标，与天文度数完全不兼容，直接用度数坐标画散点会超出可视范围。
• 手动绑定WCS的轴：
  这种轴绑定了天文投影规则，坐标系统为RA/Dec度数。但直接创建该轴后调用region.plot_region()会出现天区偏移——因为region.plot_region()默认会再次自动转换坐标，相当于做了两次投影转换，导致天区被映射到错误位置。

二、正确实现方法 #

要统一坐标系统，让所有元素基于同一个WCS投影绘制，步骤如下：

1. 先创建绑定WCS的轴：
   使用plt.subplot(projection=region.wcs)创建带天文投影的轴，使轴的坐标系统统一为RA/Dec度数；
2. 绘制天区时禁用重复坐标转换：
   调用region.plot_region()时，指定ax参数为创建的WCS轴，同时设置transform=ax.get_transform('world')，让天区直接使用轴的世界坐标（天文度数）绘制；
3. 直接用天文坐标绘制散点：
   因为轴已绑定WCS投影，直接传入天区中心的度数坐标调用ax.scatter()即可。

完整代码示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import astropy.units as u
from gammapy.maps import RegionGeom
from astropy.coordinates import SkyCoord, CircleSkyRegion

ra, dec = 60 * u.deg, 85 * u.deg
center = SkyCoord(ra=ra, dec=dec)
angle = 1 * u.deg 
region = RegionGeom(CircleSkyRegion(center, angle))

# 创建绑定WCS投影的轴
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={'projection': region.wcs})

# 绘制天区，指定轴与世界坐标转换规则
region.plot_region(ax=ax, transform=ax.get_transform('world'), edgecolor='red', lw=2)

# 绘制天区中心散点
ax.scatter(center.ra.deg, center.dec.deg, marker='*', color='blue', s=100)

# 设置轴标签
ax.set_xlabel('Right Ascension (deg)')
ax.set_ylabel('Declination (deg)')
plt.show()

补充说明 #

• 后续添加其他天文元素（如其他天区、源位置）时，需确保使用同一个WCS轴，并基于世界坐标（度数）绘制；
• 你的天区中心Dec为85°（极区附近），建议使用适合极区的投影（如AIT或STG）减少变形。可手动创建指定投影的WCS对象：

from astropy.wcs import WCS
wcs = WCS(naxis=2)
wcs.wcs.crpix = [100, 100]
wcs.wcs.cdelt = [-0.01, 0.01]
wcs.wcs.crval = [center.ra.deg, center.dec.deg]
wcs.wcs.ctype = ["RA---AIT", "DEC--AIT"]

# 使用自定义WCS创建轴
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={'projection': wcs})

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Euler