现在的城市人估计没有多少机会仰望星空,因为只会让你失望。今年过年回到老家本想好好看看星空,可是夜空也看不到几颗星星,连北斗七星都不可见。记得孩提时冬日的夜晚天空都是黑漆漆的,满天的星辰都是明亮的,这种景象竟没得见了。想想古人一定比现代人更懂得星空,更懂得自然与天文。

好了,转回正题。我们知道地球的自转轴向北指向位置对应的星星我们称为北极星,地球在围绕太阳公转的时候自转轴的指向是不变的,因为北极星离太阳系很遥远,所以可以忽略地球公转对北极星位置的影响。因为地球自转轴指向北极星,所以我们会看到除了北极星所有星辰都像太阳和月亮一样围绕着我们东起西落。所以从地球上看,北极星仿佛一直在那,也为我们指明了方向。以上部分差不多是大多数网络上能看到的解释,听起来也没什么问题。可是在后面的观察中你会有些疑惑,地球上看北极星真的不动吗?

首先我们来认识一下北极星。现在的北极星是勾陈一,小熊座的尾巴尖上哪颗星。距离地球431.4光年,实际上是一个三合星,就是有3个星星在一起,夜空中并不是特别亮。要找到北极星首先我们可以找到北斗七星,因为斗勺状又特别明亮在北方天空很容易找。北斗七星从斗勺斗柄分别叫天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、瑶光。从斗口的两颗星天璇到天枢连线向前延伸约5倍距离,就可找到北极星勾陈一。

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(1)

北极星勾陈一,小熊座的尾巴尖(3月2日22:31)

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(2)

(3月2日23:54)

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(3)

(3月3日2:17)

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(4)

(3月3日4:30)

注意到同一天晚上观测到的北斗星随着时间的推移在围绕着北极星做逆时针旋转,这就是地球自转的作用。如果用延时摄影技术,对准北极星,就能摄出圆圈的星星轨迹。

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(5)

星空轨迹

其实北极星也不是固定为一颗星星,因为地球的自转轴随着时间的推移会有轻微的摆动称为进动,这样地轴对应的星星也会有所不同,公元3000年前北极星是天龙座α星,我国古代称为紫薇垣一或右枢。现在的北极星勾陈一离北极也有40′的偏差,2100年最接近北极差28′,之后就远离。公元14000年织女星则离北极最近。每隔25800年北极星循环一次。

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(6)

北极星变换轨道

公元前239年成书的《吕氏春秋》“有始”中有一句“极星与天俱游,而天枢不移”,我还没搞明白这句话到底怎么理解。当时的北极星又是哪颗?这个极是曾经的北极星吗,也移动了?天枢和现在说的北斗一天枢是同一颗吗?这个天枢是当时的北极星吗?枢纽都是中心的意思。

这里找到了个图,中国对星辰的命名都是按宫中官职命名的。很明显图中除北斗一外还有个天枢,还有待考证。

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(7)

中国北极星空命名

上面说了这么多,其实还没有到我们要说的主题。人们对北斗的观测其实还有一个重要的地方,那就是一年四季晚上同一时刻北斗勺柄指向是不一样的,其实一年四季观测到的星空也是不一样的。这就是地球公转的结果。

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(8)

地球公转

当地球处于不同公转位置,夜晚所对应的星空方向是不一样的,于是四季星空也不一样。我们常说的十二星座也是因为每个月份太阳所对应的星座不一样而来的。我们重新来观察北斗星和北极星。因为地球自转,北斗星每一个昼夜都要围绕北极星转一圈,但是因为地球的公转,每天晚上同一时刻北斗星的位置并不是一样的,而是比前一晚多转59.18'。我国战国时代《 鶡冠子》就有记录:“斗杓东指,天下皆春;斗杓南指,天下皆夏;斗杓西指,天下皆秋;斗杓北指,天下皆冬。”需要注意的是这是每天同一时刻晚上23点观测的天空。正是因为地球公转才造成了北斗七星同一时刻位置四季变化,看北斗即可知四季。

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晚23点观测的四季星空北斗方位

那么问题来了,北斗七星不但因为地球自转每天围绕着北极星逆时针旋转一周,而且因为地球公转北斗七星也每年逆时针旋转一周。我们知道地球自转轴指向北极星,北斗每天旋转一周自然是围绕着北极星旋转。而地球公转的旋转轴和地球自转的旋转轴是有倾角的23°26',地球公转的旋转轴显然不是指向北极星,那么北斗星因为地球公转而一年逆时针旋转一圈的旋转轴是不是北极星呢?如果不是那是不是北极星也要围绕着公转轴一年转个小圈?

参考上面的地球公转图,假设地球不自转,人站在地球相对于太阳的背面仰望星空,这样绕着太阳自西向东公转一圈,这样从地球上看整个星空就绕着地球自动向西转了一圈。因为北极星和公转轴有23°26'的倾角,北极星也不再是固定不变了,而是也围着地球公转轴转了一圈。

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地轴倾角

这是不是与我们观察到的结果大相径庭?那么问题出在哪里呢?还是地球的自转,因为上面假设地球不自转。

北极星到底有多大(北极星在地球上看真的不动吗)(11)

地球公转

现在我们来看一下上图地球公转,假设人在赤道上红点处,在夏至B处观看夜晚星空,因为地球自转,在秋分C处人已经位于B处同一地球公转平面(绿色线)的下方,到冬至D处到更下方,到春分A处又升起,到夏至B处又回到原来公转平面。所以相对于公转平面,人在地球上的观测位置已经发生了变化。而实际上人在地球上因为地球自转所走过的观测平面正好和地球的自转平面即赤道平面是重合的或平行的。而这个平面的轴向就是地轴的方向指向北极星。也就是说因为地球公转人观测到的星空一年转一圈,这个轴也是指向北极星的,尽管公转的旋转轴不是指向北极星,但因为地球自转人的观察视角旋转轴却是指向北极星的。

最后我们得到结论,从地球上观测北极星基本上是不动的,当然这里是指短期内不考虑地轴的进动影响。上述观点只是个人分析,如有不对欢迎指正。

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