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北極星到底有多大

生活 更新时间:2024-08-29 16:18:28

現在的城市人估計沒有多少機會仰望星空,因為隻會讓你失望。今年過年回到老家本想好好看看星空,可是夜空也看不到幾顆星星,連北鬥七星都不可見。記得孩提時冬日的夜晚天空都是黑漆漆的,滿天的星辰都是明亮的,這種景象竟沒得見了。想想古人一定比現代人更懂得星空,更懂得自然與天文。

好了,轉回正題。我們知道地球的自轉軸向北指向位置對應的星星我們稱為北極星,地球在圍繞太陽公轉的時候自轉軸的指向是不變的,因為北極星離太陽系很遙遠,所以可以忽略地球公轉對北極星位置的影響。因為地球自轉軸指向北極星,所以我們會看到除了北極星所有星辰都像太陽和月亮一樣圍繞着我們東起西落。所以從地球上看,北極星仿佛一直在那,也為我們指明了方向。以上部分差不多是大多數網絡上能看到的解釋,聽起來也沒什麼問題。可是在後面的觀察中你會有些疑惑,地球上看北極星真的不動嗎?

首先我們來認識一下北極星。現在的北極星是勾陳一,小熊座的尾巴尖上哪顆星。距離地球431.4光年,實際上是一個三合星,就是有3個星星在一起,夜空中并不是特别亮。要找到北極星首先我們可以找到北鬥七星,因為鬥勺狀又特别明亮在北方天空很容易找。北鬥七星從鬥勺鬥柄分别叫天樞、天璇、天玑、天權、玉衡、開陽、瑤光。從鬥口的兩顆星天璇到天樞連線向前延伸約5倍距離,就可找到北極星勾陳一。

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北極星勾陳一,小熊座的尾巴尖(3月2日22:31)

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(3月2日23:54)

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(3月3日2:17)

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(3月3日4:30)

注意到同一天晚上觀測到的北鬥星随着時間的推移在圍繞着北極星做逆時針旋轉,這就是地球自轉的作用。如果用延時攝影技術,對準北極星,就能攝出圓圈的星星軌迹。

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星空軌迹

其實北極星也不是固定為一顆星星,因為地球的自轉軸随着時間的推移會有輕微的擺動稱為進動,這樣地軸對應的星星也會有所不同,公元3000年前北極星是天龍座α星,我國古代稱為紫薇垣一或右樞。現在的北極星勾陳一離北極也有40′的偏差,2100年最接近北極差28′,之後就遠離。公元14000年織女星則離北極最近。每隔25800年北極星循環一次。

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北極星變換軌道

公元前239年成書的《呂氏春秋》“有始”中有一句“極星與天俱遊,而天樞不移”,我還沒搞明白這句話到底怎麼理解。當時的北極星又是哪顆?這個極是曾經的北極星嗎,也移動了?天樞和現在說的北鬥一天樞是同一顆嗎?這個天樞是當時的北極星嗎?樞紐都是中心的意思。

這裡找到了個圖,中國對星辰的命名都是按宮中官職命名的。很明顯圖中除北鬥一外還有個天樞,還有待考證。

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中國北極星空命名

上面說了這麼多,其實還沒有到我們要說的主題。人們對北鬥的觀測其實還有一個重要的地方,那就是一年四季晚上同一時刻北鬥勺柄指向是不一樣的,其實一年四季觀測到的星空也是不一樣的。這就是地球公轉的結果。

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地球公轉

當地球處于不同公轉位置,夜晚所對應的星空方向是不一樣的,于是四季星空也不一樣。我們常說的十二星座也是因為每個月份太陽所對應的星座不一樣而來的。我們重新來觀察北鬥星和北極星。因為地球自轉,北鬥星每一個晝夜都要圍繞北極星轉一圈,但是因為地球的公轉,每天晚上同一時刻北鬥星的位置并不是一樣的,而是比前一晚多轉59.18'。我國戰國時代《 鶡冠子》就有記錄:“鬥杓東指,天下皆春;鬥杓南指,天下皆夏;鬥杓西指,天下皆秋;鬥杓北指,天下皆冬。”需要注意的是這是每天同一時刻晚上23點觀測的天空。正是因為地球公轉才造成了北鬥七星同一時刻位置四季變化,看北鬥即可知四季。

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晚23點觀測的四季星空北鬥方位

那麼問題來了,北鬥七星不但因為地球自轉每天圍繞着北極星逆時針旋轉一周,而且因為地球公轉北鬥七星也每年逆時針旋轉一周。我們知道地球自轉軸指向北極星,北鬥每天旋轉一周自然是圍繞着北極星旋轉。而地球公轉的旋轉軸和地球自轉的旋轉軸是有傾角的23°26',地球公轉的旋轉軸顯然不是指向北極星,那麼北鬥星因為地球公轉而一年逆時針旋轉一圈的旋轉軸是不是北極星呢?如果不是那是不是北極星也要圍繞着公轉軸一年轉個小圈?

參考上面的地球公轉圖,假設地球不自轉,人站在地球相對于太陽的背面仰望星空,這樣繞着太陽自西向東公轉一圈,這樣從地球上看整個星空就繞着地球自動向西轉了一圈。因為北極星和公轉軸有23°26'的傾角,北極星也不再是固定不變了,而是也圍着地球公轉軸轉了一圈。

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地軸傾角

這是不是與我們觀察到的結果大相徑庭?那麼問題出在哪裡呢?還是地球的自轉,因為上面假設地球不自轉。

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地球公轉

現在我們來看一下上圖地球公轉,假設人在赤道上紅點處,在夏至B處觀看夜晚星空,因為地球自轉,在秋分C處人已經位于B處同一地球公轉平面(綠色線)的下方,到冬至D處到更下方,到春分A處又升起,到夏至B處又回到原來公轉平面。所以相對于公轉平面,人在地球上的觀測位置已經發生了變化。而實際上人在地球上因為地球自轉所走過的觀測平面正好和地球的自轉平面即赤道平面是重合的或平行的。而這個平面的軸向就是地軸的方向指向北極星。也就是說因為地球公轉人觀測到的星空一年轉一圈,這個軸也是指向北極星的,盡管公轉的旋轉軸不是指向北極星,但因為地球自轉人的觀察視角旋轉軸卻是指向北極星的。

最後我們得到結論,從地球上觀測北極星基本上是不動的,當然這裡是指短期内不考慮地軸的進動影響。上述觀點隻是個人分析,如有不對歡迎指正。

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