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恒星如何“转圈圈”

2020-10-27陈若颖

百科探秘·航空航天 2020年10期
关键词:赤道天体轨迹

陈若颖

地球是自西向东围绕太阳运行的,一年旋转一圈。但是就像我们坐在车上感受不到车在前进,而是认为路边的树木在后退一样,站在地球上的人也感觉不到地球的运动,反而认为是太阳在自东向西绕着地球旋转。而这样旋转一圈投影在天球上的轨迹就被人们称为“黄道”。黄道所在的平面,即地球的公转轨道面,就叫作黄道面。

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天体在天球上的投影

宇宙中各个天体与地球上的观测者的距离都不相同,研究起来很不方便,所以人们就假想了一个天球,然后把所有的天体不论远近,统统“投影”到天球相应的位置上,再来研究它们就简单多了。

黄道除了表示太阳投影在天球上的轨迹之外,还能帮助我们定义四季。由于地球是倾斜着自转的,所以黄道就与地球赤道形成了一个23.5°的夹角,又称黄赤交角。正是因为这个夹角,当地球公转时,太阳直射地球的位置就会不断发生改变,从而形成了四季。

地球赤道在天球上的投影是天球的赤道,即天赤道,所以黄道和天赤道也相交形成了黄赤交角,太阳在一年之内能够经过天赤道兩次。其中,春分时太阳恰好从南向北经过天赤道,这个点被称为“春分点”。同理,从北向南经过天赤道的那个点就被叫作“秋分点”。

黄道十三星座

古人为天上的星辰划定了星座,并假设这些星座都被投影到了天球上,同样投影在天球上的太阳运动轨迹,正好经过了其中的12 个星座,于是古人就把这12 个特殊的星座称为“黄道十二星座”。黄道在数千年间并不是一成不变的,它也会因为各种微小的扰动而变动位置。如今的黄道,在天蝎座和人马座之间,多出了一个蛇夫座。所以,黄道上现在一共有十三个星座。

不同纬度的天空

从地球上看,太阳的运动轨迹被称为黄道。而天空中其他的恒星在天球上同样也呈现出一条条运动轨迹。

因为地球上不同纬度拥有不同的地平圈,所以位于不同纬度的人看到的是天球的不同部分。比如站在北半球的我们,看到的大部分天体的运动轨迹都是倾斜的。不过,在北天极周围有一些比较特殊的天体,它们的运动轨迹总是高于地平圈,所以永远不会落下,被称为“永不落天体”,它们运行的这一区域则被叫作“恒显圈”。与此相对,南天极附近有“永不升天体”和“恒隐圈”。至于恒显圈与恒隐圈的大小与我们所处的位置有关,纬度越高,人们看到的恒显圈和恒隐圈范围越大。

如果你刚好处于北极点,这时北天极就在你的头顶,你只能看到天球上一半的天体。不过,北极点的天空并不无聊,光天体的运动轨迹就是一大奇观。在这里,你看到的所有太阳系之外的天体永远都不会落下,它们会在各自平行于地平圈的轨道上旋转。处于北极,整个北天球都是你的恒显圈。

如果你恰好站在赤道上,此时南北天极恰好位于地平线上,那么你看到的天体就会垂直于地平面升落。因为没有恒隐圈,所以位于赤道上的人能够看到天球上所有的天体。

在北极点观测太阳就更有趣了。北极点会有为期半年的极昼或极夜,你知道在这半年内太阳是如何运行的吗?

从春分开始,太阳会从地平线上缓缓升起,一天绕着北天极旋转一圈。半年的时间里,它会一直待在天上,每天上升一点儿,直到秋分那天才会落下,之后便进入长达半年的极夜。如果在这半年内每小时都给太阳拍一张照片,最后拼接起来,你会发现它在这半年内经历了一个螺旋上升再螺旋下降的过程。也正因为这与众不同的升落方式,北极点的日出和日落能持续约三十个小时!

根据赤道附近天体的运动轨迹,你能想到太阳在赤道附近的运动轨迹是什么样的吗?

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