天空中的“方位”

Dumbo

說(shuō)起“方位”，相信大家最熟悉的就是“上北下南左西右東”，這是地圖上常見(jiàn)的定位法則。可是對(duì)于一個(gè)正常站立的人來(lái)說(shuō)，你的“上方”絕不可能是北，而應(yīng)該是“天花板”或者“天空”，所以對(duì)于生活在三維空間的我們來(lái)說(shuō)，日常生活中存在著“上下左右前后”六個(gè)方向。

當(dāng)我們?cè)谔煳膶W(xué)上討論天體的位置時(shí)，該用“上北下南左西右東”的定位法則呢？還是用“上下左右前后”的描述方法呢？

想象一個(gè)“天球”

古人認(rèn)為我們的地球是固定不動(dòng)的，圍繞在它外部有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)著的球形宇宙，即“天球”。這個(gè)天球的半徑無(wú)限長(zhǎng)，所有的天體都附著在天球的內(nèi)表面上，跟隨天球圍繞著地球運(yùn)動(dòng)。但是，如今我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，我們看到的天體運(yùn)動(dòng)并不是因?yàn)樘烨驀@地球運(yùn)動(dòng)，而是由于地球的自轉(zhuǎn)。

雖然天球錯(cuò)誤地描述了宇宙，但是人們發(fā)現(xiàn)借用這個(gè)假想的球形結(jié)構(gòu)，可以幫助我們確定天體的位置和運(yùn)行軌跡。

為了理解地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，人們假想了一根自轉(zhuǎn)軸（又稱地軸），地球就圍繞這根自轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)。不過(guò)，由于地球在形成過(guò)程中可能受到過(guò)撞擊，所以它的自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于黃道面傾斜了23.5°，也就是說(shuō)地球長(zhǎng)久以來(lái)都是歪著身子在旋轉(zhuǎn)的。

自轉(zhuǎn)軸與地球表面的兩個(gè)交點(diǎn)被稱為北極點(diǎn)和南極點(diǎn)，假設(shè)我們用右手“握住”自轉(zhuǎn)軸，這時(shí)大拇指指向的方向就是北方。沿著北方無(wú)限延長(zhǎng)自轉(zhuǎn)軸，其與天球的交點(diǎn)就是北天極，與此相對(duì)的則是南天極。在南、北天極的正中間還有一條天赤道（即天球的赤道），代表地球赤道平面和天球的交線。

地平坐標(biāo)系

地球雖然歪著身子旋轉(zhuǎn)，但對(duì)于生活在地球上的我們來(lái)說(shuō)，地面并不是傾斜的。由此，人類又設(shè)想出一個(gè)虛擬的平面——地平面，它與天球相交而成的大圈被稱為地平圈，處于不同緯度的人擁有不同的地平圈。

地平圈對(duì)應(yīng)的天球正上方為天頂，正下方為天底。在天球表面，經(jīng)過(guò)北天極、天頂、南天極、天底的大圈被稱為子午圈。子午圈與地平圈會(huì)有兩個(gè)交點(diǎn)，其中距北天極小于90°的一點(diǎn)為北點(diǎn)，另一點(diǎn)為南點(diǎn)。天赤道與地平圈也相交于兩點(diǎn)，其中自北點(diǎn)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°的點(diǎn)為東點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的點(diǎn)為西點(diǎn)。

自北點(diǎn)沿地平圈向東（或自南點(diǎn)沿地平圈向西）旋轉(zhuǎn)的角度被稱為方位角，范圍在0°到360°之間。

某一天體與觀測(cè)者的連線和地平圈的夾角為地平高度角，范圍在-90°到90°之間。如果地平高度角小于0°，就表示這個(gè)天體在地平線之下。

了解了地平坐標(biāo)系，我們?cè)倏凑驹诘仄矫嫔系娜?，就?huì)發(fā)現(xiàn)，在描述他眼前的方位時(shí)，好像用“上北下南左西右東”和“上下左右前后”的定位方法都有些不合適，因?yàn)槲覀兒茈y說(shuō)“上”是指“頭頂上方”，還是“眼睛前方”；而“上下左右前后”更是會(huì)隨著人的姿態(tài)、面對(duì)的方向而隨時(shí)改變。所以，根據(jù)地平坐標(biāo)系的方位，我們又“進(jìn)化”出另一個(gè)定位法則，即“面北背南左西右東”或調(diào)轉(zhuǎn)身體“面南背北左東右西”。

給天體定位

了解了地平坐標(biāo)系，我們快來(lái)給天體定位吧！

如果想描述一個(gè)天體所處的位置，我們可以用相對(duì)于地平面的方位角和地平高度角來(lái)描述，如1號(hào)天體的位置就是（45°，20°）。

如果要說(shuō)明圖中三個(gè)天體之間的相對(duì)位置，你知道如何描述嗎？

答案是：2號(hào)天體在1號(hào)天體的西南方，3號(hào)天體在1號(hào)天體的西方，3號(hào)天體在2號(hào)天體的西北方。這里的西南方、西方、西北方是如何判斷的呢？

請(qǐng)你想象自己平躺在草地上，頭在北面，那么此時(shí)1號(hào)天體就在你的東面，2號(hào)天體在你的西南面，3號(hào)天體在你的西面。如此一來(lái)，我們不僅可以得知三個(gè)天體之間的相對(duì)位置，還會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)我們使用的定位法則是“面南背北（頭北腳南）左東右西”。

其實(shí)，我們常見(jiàn)的星圖就是模擬人躺在地面上仰望天空時(shí)得到的天體位置，所以我們?cè)谛菆D上慣用“左東右西”這樣的定位法則。

好啦，記住了天文學(xué)上的這些基本概念，下次我們?cè)倥c星辰邂逅時(shí)，就可以準(zhǔn)確地描述出它們的位置，將它們分享給小伙伴了！

觀星小貼士：

1.利用北斗七星定位到北極星。

2.根據(jù)北極星，確定地平坐標(biāo)系中的北點(diǎn)、南點(diǎn)、西點(diǎn)、東點(diǎn)。

3.按照“面北背南左西右東”或“面南背北左東右西”的法則描述天體相對(duì)于地平面的位置或天體之間的相對(duì)位置。