恒星如何“轉(zhuǎn)圈圈”

陳若穎

地球是自西向東圍繞太陽運(yùn)行的，一年旋轉(zhuǎn)一圈。但是就像我們坐在車上感受不到車在前進(jìn)，而是認(rèn)為路邊的樹木在后退一樣，站在地球上的人也感覺不到地球的運(yùn)動(dòng)，反而認(rèn)為是太陽在自東向西繞著地球旋轉(zhuǎn)。而這樣旋轉(zhuǎn)一圈投影在天球上的軌跡就被人們稱為“黃道”。黃道所在的平面，即地球的公轉(zhuǎn)軌道面，就叫作黃道面。

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天體在天球上的投影

宇宙中各個(gè)天體與地球上的觀測者的距離都不相同，研究起來很不方便，所以人們就假想了一個(gè)天球，然后把所有的天體不論遠(yuǎn)近，統(tǒng)統(tǒng)“投影”到天球相應(yīng)的位置上，再來研究它們就簡單多了。

黃道除了表示太陽投影在天球上的軌跡之外，還能幫助我們定義四季。由于地球是傾斜著自轉(zhuǎn)的，所以黃道就與地球赤道形成了一個(gè)23.5°的夾角，又稱黃赤交角。正是因?yàn)檫@個(gè)夾角，當(dāng)?shù)厍蚬D(zhuǎn)時(shí)，太陽直射地球的位置就會(huì)不斷發(fā)生改變，從而形成了四季。

地球赤道在天球上的投影是天球的赤道，即天赤道，所以黃道和天赤道也相交形成了黃赤交角，太陽在一年之內(nèi)能夠經(jīng)過天赤道兩次。其中，春分時(shí)太陽恰好從南向北經(jīng)過天赤道，這個(gè)點(diǎn)被稱為“春分點(diǎn)”。同理，從北向南經(jīng)過天赤道的那個(gè)點(diǎn)就被叫作“秋分點(diǎn)”。

黃道十三星座

古人為天上的星辰劃定了星座，并假設(shè)這些星座都被投影到了天球上，同樣投影在天球上的太陽運(yùn)動(dòng)軌跡，正好經(jīng)過了其中的12 個(gè)星座，于是古人就把這12 個(gè)特殊的星座稱為“黃道十二星座”。黃道在數(shù)千年間并不是一成不變的，它也會(huì)因?yàn)楦鞣N微小的擾動(dòng)而變動(dòng)位置。如今的黃道，在天蝎座和人馬座之間，多出了一個(gè)蛇夫座。所以，黃道上現(xiàn)在一共有十三個(gè)星座。

不同緯度的天空

從地球上看，太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡被稱為黃道。而天空中其他的恒星在天球上同樣也呈現(xiàn)出一條條運(yùn)動(dòng)軌跡。

因?yàn)榈厍蛏喜煌暥葥碛胁煌牡仄饺Γ晕挥诓煌暥鹊娜丝吹降氖翘烨虻牟煌糠帧１热缯驹诒卑肭虻奈覀儯吹降拇蟛糠痔祗w的運(yùn)動(dòng)軌跡都是傾斜的。不過，在北天極周圍有一些比較特殊的天體，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡總是高于地平圈，所以永遠(yuǎn)不會(huì)落下，被稱為“永不落天體”，它們運(yùn)行的這一區(qū)域則被叫作“恒顯圈”。與此相對(duì)，南天極附近有“永不升天體”和“恒隱圈”。至于恒顯圈與恒隱圈的大小與我們所處的位置有關(guān)，緯度越高，人們看到的恒顯圈和恒隱圈范圍越大。

如果你剛好處于北極點(diǎn)，這時(shí)北天極就在你的頭頂，你只能看到天球上一半的天體。不過，北極點(diǎn)的天空并不無聊，光天體的運(yùn)動(dòng)軌跡就是一大奇觀。在這里，你看到的所有太陽系之外的天體永遠(yuǎn)都不會(huì)落下，它們會(huì)在各自平行于地平圈的軌道上旋轉(zhuǎn)。處于北極，整個(gè)北天球都是你的恒顯圈。

如果你恰好站在赤道上，此時(shí)南北天極恰好位于地平線上，那么你看到的天體就會(huì)垂直于地平面升落。因?yàn)闆]有恒隱圈，所以位于赤道上的人能夠看到天球上所有的天體。

在北極點(diǎn)觀測太陽就更有趣了。北極點(diǎn)會(huì)有為期半年的極晝或極夜，你知道在這半年內(nèi)太陽是如何運(yùn)行的嗎？

從春分開始，太陽會(huì)從地平線上緩緩升起，一天繞著北天極旋轉(zhuǎn)一圈。半年的時(shí)間里，它會(huì)一直待在天上，每天上升一點(diǎn)兒，直到秋分那天才會(huì)落下，之后便進(jìn)入長達(dá)半年的極夜。如果在這半年內(nèi)每小時(shí)都給太陽拍一張照片，最后拼接起來，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它在這半年內(nèi)經(jīng)歷了一個(gè)螺旋上升再螺旋下降的過程。也正因?yàn)檫@與眾不同的升落方式，北極點(diǎn)的日出和日落能持續(xù)約三十個(gè)小時(shí)！

根據(jù)赤道附近天體的運(yùn)動(dòng)軌跡，你能想到太陽在赤道附近的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣的嗎？