天空上的星群

□ 聞新 張婉怡

天球的概念

科學(xué)家們定義的天球

天球是一個(gè)假想球，主要用途是幫助人們直觀地觀察天體運(yùn)動(dòng)。在幾百年前，當(dāng)人們仰望天空，看到太陽(yáng)、月亮和星星等天體，但卻不能知道它們究竟離人類多遠(yuǎn)。因此，科學(xué)家們做出一個(gè)假設(shè)，他們假設(shè)太陽(yáng)、月亮以及其它天體都散布在以地球?yàn)橹行牡囊粋€(gè)透明圓球的球面上，這個(gè)透明的圓球就是天球。雖然天球不是一個(gè)真實(shí)的球體，但天球卻是一個(gè)非常有用的工具，它可以幫助人們了解天體相對(duì)于地球是如何運(yùn)行的。

圖1所示是一個(gè)天球和地球模型，如果將地球的南北兩極軸線分別向外延伸至與天球相交，則交點(diǎn)就被稱為天球的南極和北極。如果你站在地球的北極往上看，就可以看到天球的北極；如果你站在地球的南極往上看，就可以看到天球的南極。類似的，如果沿地球的赤道面向外輻射到天球的上，那么在天球上得到的圓環(huán)就稱為天球的赤道面。如果你位于地球的赤道上，那么天球的赤道永遠(yuǎn)在你的上方。北極星距離天球的北極很近，因此當(dāng)?shù)厍蛎咳绽@著地軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，除了北極星之外的所有的星體看上去都像在繞著地球在旋轉(zhuǎn)，而北極星卻始終停在天球北極的附近。

“視星等”的概念

天文學(xué)家喜帕恰斯發(fā)現(xiàn)了歲差現(xiàn)象并編制了1022顆恒星的位置一覽表

晴朗的夜晚，點(diǎn)點(diǎn)繁星，有明有暗。天文學(xué)家用“視星等”來(lái)區(qū)分它們的明亮程度。

“視星等”的概念首先由古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯（Hipparchus）提出，他把自己編制的星表中的1022顆恒星按照亮度劃分為6個(gè)等級(jí)，即1等星到6等星。1850年英國(guó)天文學(xué)家普森發(fā)現(xiàn)1等星要比6等星亮100倍。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，星等被量化。重新定義后的星等，每級(jí)之間亮度則相差2.512倍，1勒克司（亮度單位）的視星等為-13.98。

但1到6的星等并不能描述當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的所有天體的亮度，天文學(xué)家延展本來(lái)的等級(jí)──引入“負(fù)星等”概念。這樣整個(gè)視星等體系一直沿用至今。如牛郎星為0.77，織女星為0.03，除了太陽(yáng)之外最亮的恒星天狼星為1.45，太陽(yáng)為26.7，滿月為12.8，金星最亮?xí)r為4.89。現(xiàn)在地面上最大的望遠(yuǎn)鏡可看到24等星，而哈勃空間望遠(yuǎn)鏡則可以看到30等星。

因?yàn)橐曅堑仁侨藗儚牡厍蛏嫌^察星體亮度的度量，它實(shí)際上只能量度物體表面上的光亮度。由于視星等需要考慮星體光度、距離、星際塵埃遮蔽等多重因素，因此僅憑視星等衡量恒星本身亮度是不客觀的。只有從已知的距離觀察一個(gè)恒星得到的亮度，才能確定它自身的發(fā)光強(qiáng)度，并用來(lái)與其他星體進(jìn)行比較。在天文學(xué)上，絕對(duì)星等是指把天體放在指定的距離時(shí)（10pc）天體所呈現(xiàn)出的視星等，即把從距離星體10個(gè)秒差距（32.6光年）的地方看到的目視亮度（也就是視星等），叫做該星體的絕對(duì)星等。按照這個(gè)度量方法，牛郎星為2.19等，織女星為0.5等，天狼星為1.43等，太陽(yáng)為4.8等。

為什么天空中的大多數(shù)星座似乎每晚都從東到西運(yùn)動(dòng)？

站在地球上觀察天球

地球繞著連接南北兩極的地軸旋轉(zhuǎn)，使得地球會(huì)發(fā)生白天和黑夜現(xiàn)象。如果所有星體都固定在天球上，這樣當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)時(shí)，人們會(huì)在一天中的不同時(shí)段看到天球的不同部分，如圖右3的B所示。

也可以從另一種角度理解，假設(shè)地球是靜止的，并且天球繞著天球南北極形成的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，那么人們?cè)谑彝饪刺炜諘r(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)：你站立在不動(dòng)的地球上，所有的星體和太陽(yáng)圍都會(huì)繞著你運(yùn)動(dòng)。因此白天和夜晚的周日運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是天球繞著地球旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，如圖3的A所示。

由此可見(jiàn)，隨著地球的自轉(zhuǎn)，星體也如同太陽(yáng)那樣，從東方升起，從西方落下。這就是為什么大部分星座每晚都在天空中自東向西運(yùn)動(dòng)。

星群與星座的區(qū)別是什么？

大熊星座中包含北斗七星

星群是天文學(xué)中一個(gè)非正式星座型態(tài)。像星座一樣，它沒(méi)有物理上的實(shí)質(zhì)性關(guān)聯(lián)，但與地球的距離上有著顯著的不同。一個(gè)星群可以由同一個(gè)星座的恒星組成，也可以是來(lái)自多個(gè)不同星座的恒星。它們的樣式很容易辨認(rèn)，例如像在大熊星座中包含北斗七星。北斗七星就是一個(gè)星群，它也是大熊座的一部分。

黃道十二宮

黃道12宮及太陽(yáng)在黃道上的視運(yùn)動(dòng)

在天文學(xué)上，把太陽(yáng)在地球上的周年視運(yùn)動(dòng)軌跡，既太陽(yáng)在天空中穿行的視路徑，稱為“黃道”。在黃道上，大約每30度包含一個(gè)星座，總計(jì)為十二個(gè)星座，稱為“黃道十二星座”。太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)在黃道平面內(nèi)一年轉(zhuǎn)一圈，經(jīng)過(guò)這十二個(gè)星座，如圖5所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，如果地球上的觀測(cè)者在三月初的夜晚（背對(duì)太陽(yáng)的一面）仰望星空，可以看到獅子座，而太陽(yáng)此時(shí)在水瓶座的位置。如果在九月初，夜晚能看到水瓶座，而太陽(yáng)則在獅子座附近。

古代的占星術(shù)家將黃道劃分為12等份，稱之為“黃道十二宮”。而實(shí)際上黃道十二星座中每個(gè)星座大小都不一樣，如果你能飛向太空邊界上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)經(jīng)過(guò)某些星座只需花費(fèi)1個(gè)～2個(gè)星期，而經(jīng)過(guò)另一些星座則需要一個(gè)多月的時(shí)間。通過(guò)等分黃道空間手段進(jìn)行劃分，則得到的這十二宮空間的大小是相等的，所以太陽(yáng)通過(guò)它們的時(shí)間也相等。

為什么人們?cè)诓煌竟?jié)的夜晚看到不同的星座？

不同季節(jié)地球和太陽(yáng)的相對(duì)位置

地球繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，而星座相對(duì)于太陽(yáng)的位置則是不變的（如上圖5所示）。在北半球冬季的夜晚，觀察者處于地球背面，沒(méi)有太陽(yáng)直射（如圖6中，冬季地球的深色區(qū)域）。此時(shí)，觀察者面對(duì)的星座是雙子座。而在夏季的夜晚，觀察者同樣位于地球背面（如圖6中，夏季地球的深色區(qū)域），而此時(shí)，觀察者面對(duì)的方向與冬季時(shí)完全相反，能看到人馬座。因此，由于地球的轉(zhuǎn)動(dòng)，人們?cè)诓煌竟?jié)的夜晚看 到不同的星座。

什么是拱極星座？

位于北極的拱極星座

由于地球繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的軌道，天文學(xué)家們把星座分為兩類。一類星座永不離開(kāi)觀察者的視線，稱之為拱極星，而另一類稱之為季節(jié)性星。怎樣判斷星座是拱極的還是季節(jié)性的？這取決于觀察者所在的緯度。在北半球，人們總能看到在北天極附近的拱極星座，包括仙后座、仙王座、大熊座、小熊座、鹿豹座和天龍座。在南半球，人們總能看到在南天極附近的拱極星座包括南極座、天燕座、山案座、堰蜓座等等。

下期預(yù)告：下期名為“認(rèn)識(shí)北天極星座”。主要介紹位于北天極的仙后座、仙王座、大熊座和小熊座等等的命名、形狀、亮度和文化。