学会看星空

 由于恒星的相互位置看起来是不变的,随着地球的自转与公转,它们在不同的时候出现在天空的方位不同。当你晚上在野外迷失方向的时候,你可以找北极星。北极星在地球自转轴北极指的方向,它在正北天空。古代的航海家们可以通过观测九颗选定的恒星(“航海九星”)在天空中的位置来判别航向。而当代的星际航行也利用恒星来导航。阿波罗11号载人登月飞船就通过光学定位仪用恒星定位,以确保飞船沿既定轨道运行。熟识星空还可确定时刻,例如在大年三十的20点左右,猎户星座中的“三星”就刚好在正南天空。而古埃及人能够通过观测星空来预言尼罗河水是否会泛滥。中国殷代的人们则能够通过观测星空知道是否该开始播种。

星  等    星座和星名  北斗七星和北极星    四季星空    环球星空

星 图

星  等

  天文学家们把恒星的亮暗分成许多等级,这种等级的名称叫星等。星等是表示天体相对亮度的数值。它是天体光度学的重要内容。星越亮,星等数值越小。星越暗,星等数值越大。

  早在公元前2世纪,古希腊有一位天文学家叫伊巴谷,他在爱琴海的罗得岛上建起了观星台,他对恒星天空十分熟悉。一次,他在天蝎星座中发现一颗陌生的星。凭他丰富的经验判断,这颗星不是行星,但是前人的记录中没有这颗星。这是什么天体呢?这就引出了这位细心的天文学家一个重要的思路。他决定绘制一份详细的恒星天空星图。经过顽强的努力,一份标有1000多颗恒星精确位置和亮度的恒星星图终于在他手中诞生了。为了清楚地反应出恒星的亮度,伊巴谷将恒星亮暗分成等级。他把看起来最亮的20颗恒星作为一等星,把眼睛看到最暗弱的恒星做为六等星。在这中间又分为二等星、三等星、四等星和五等星。

  伊巴谷在2100多年前奠定的“星等”概念基础,一直沿用到今天。到了19世纪中叶,由于光度计在天体光度测量中的应用,发现从一等星到六等星之间差五个星等,亮度相差约100倍。也就是说,一等星比六等星亮约100倍。一等星比二等星亮2.512倍,二等星比三等星亮2.512倍,依此类推。当然,现在对天体光度的测量非常精确,星等自然也分得很精细。把比一等星还亮的定为零等星,比零等星还亮的定为-1等星,依此类推,同时,星等也用小数表示。比如,太阳的亮度为-26.7等星,满月为-12.7等星,金星最亮时为-4.4等星。全天最亮的恒星棗天狼星为-1.46等星,老人星为-0.72等星,织女星为0.03等星,牛郎星为0.77等星。

  在晴朗而又没有月亮的夜晚,出现在我们面前的恒星天空中,眼睛能直接看到的恒星约3000颗,整个天球能被眼睛直接看到的恒星约6000颗。当然,通过天文望远镜就会看到更多的恒星。中国目前最大的光学望远镜,物镜直径2.16米,装上特殊接收器,它可以观测到22-23等星。美国1990年4月24日发射的绕地球运行的哈勃太空望远镜,可以观测到28等星。

 

星 座 和 星 名

  茫茫星海,常常使很多人望而生叹,不知该怎样认星。其实,和星星交朋友也不难。这要首先了解星区是怎样划分的。就像了解你的挚友一样,你应知道他家的住址,他家周围的环境特征。恒星天区的划分,就相当于街区的划分。

  中国古代把恒星天空划分成三垣二十八宿(xiù)。古人注意到太阳和月亮经过的黄道附近星区,就将沿黄道和赤道的天区又分成大小不等的二十八个小区,就叫二十八宿。宿就是住地的意思。月亮在绕地球运动过程中,每日从西往东经过一宿。人们又把相连的七宿合称一象,共四象。每象用有代表性的动物名称命名。它们是苍龙:角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿;玄武(龟和蛇):斗、牛、女、虚、危、室、壁七宿;白虎:奎、娄、胃、昴、毕、觜、参七宿;朱雀:井、鬼、柳、星、张。翼、轸七宿。中国古代还把28宿以外的星区划分为三垣:紫微垣、太微垣和天市垣。垣就是墙的意思。意思就是以墙围起的星区。紫微垣包括北天极附近的星区,太微垣大致包括室女星座、后发星座和狮子星座,天市垣包括蛇夫、武仙、巨蛇、天鹰等星座。中国古代还给明亮的恒星起了专门的名字,这些恒星名字可以归纳为几种类型:根据恒星所在的天区命名,如天关星、北河二、北河三、南河三、天津四、五车二和南门二等;根据神话故事的情节来命名,如牛郎星、织女星、北落师门、天狼星和老人星等;根据中国二十八宿命名,如角宿一、心宿二、娄宿三、参宿四和毕宿五等;根据恒星的颜色命名,如大火星(即心宿二);还有根据古代的帝王将相官名来命名等。古巴比伦、古希腊等许多古老的民族都有关于恒星天空的划分方法和神话故事。

  1928年,国际天文学联合会决定,将全天划分成88个星区,叫星座。星座名称是由亮星组成的图形,结合神话故事,用人物、动物和器具给予命名的。在这88个星座中,沿黄道天区有12个星座。它们是双鱼座,白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座。北天29个星座。它们是小熊座、大熊座、天龙座、天琴座、天鹰座、天鹅座、武仙座、海豚座、天箭座、人马座、狐狸座、飞马座、蝎虎座、北冕座、巨蛇座、小狮座、猎犬座、后发座、牧夫座、天猫座、御夫座、小犬座、三角座、仙王座、仙后座、仙女座、英仙座、猎户座、鹿豹座。南天有47个星座。它们是唧筒座、天燕座、天坛座、雕具座、大犬座、船底座、半人马座、鲸鱼座、蝘蜓座、圆规座、天鸽座、南冕座、乌鸦座、巨爵座、南十字座、剑鱼座、波江座、天炉座、天鹤座、时钟座、长蛇座、水蛇座、印第安座、天兔座、豺狼座、山案座、显微镜座、麒麟座、苍蝇座、矩尺座、南极座、蛇夫座、孔雀座、凤凰座、绘架座、南鱼座、船尾座、罗盘座、网罟座、玉夫座、盾牌座、六分仪座、望远镜座、南三角座、杜鹃座、船帆座、飞鱼座。

  这88个星座大小不一,形态各异,范围最大的是长蛇座。它东西跨过102°,真是名副其实的“长蛇阵”。不过这个星区没什么特别亮的恒星,不怎么引人注意。范围最小的星座是南天极附近的南十字星座。

  比较引人注目的亮星,是恒星中的“大人物”,人们给它们起了名字。对众多的恒星,1603年,德国业余天文学家拜尔(Bayer,Johann)建议命名的方法是:每个星座中的恒星从亮到暗顺序排列,以该星座名称加一个希腊字母顺序表示。如猎户座α(中名参宿四)、猎户座β(中名参宿七)、猎户座γ(中名参宿五)、猎户座δ(中名参宿三)……。如果某一星座的恒星超过了24个希腊字母,就用星座名称后加阿拉伯数字,如天鹅座61星,天兔座17星等。如今,大望远镜和新的观测技术不断涌现,被观测到的恒星越来越多,天文学家们就像管理户口一样,将它们一一登记入册,编成星表。星表中的编号就和天体的名字一样。天文学家可以根据星表中记录的天体坐标,把天文望远镜对准它们。

  世界上有记载的最古老的星表为公元前5世纪的甘石星表。有记载的星图为我国敦煌星图。目前世界上有各种各样的星表上千种。最重要的有哈勃空间望远镜导星星表和星图等。

北斗七星和北极星

  对中国广大地区来说,北斗七星和北极星常年可见。在壮丽的恒星天空中,它们像指路灯塔,似报时鸣钟,自古以来就是人们最熟悉的星星朋友。

  北极星现在在很靠近地球北极指向的天空。因此,看起来它总在北方天空。正是因为它所处的位置重要,才大名鼎鼎。其实,按亮度它只是一颗普通的二等星,属于“小字辈”。它离我们是300多光年。北极星属于小熊星座中最亮的恒星,也叫小熊座α星。中国古代称它为“勾陈一”或“北辰”。在星座图形上,它正处于小熊的尾巴尖端。

  说到这里,或许你要问:小熊星座α星永远享受北极星的尊称吗?或者说,地球自转轴的北极永远指向这颗星吗?首先应该指出,地球自转轴也是在周期性的缓慢摆动。因此,地球自转轴北极指向的天空位置自然也是变动的。可见,北极星的“皇位”也存在轮流坐庄的可能。天文学家们早已算出,4800年前,北极星不是现在小熊座α星,而是天龙座α星,中国古代称它为右枢。那时右枢获得北极星的殊荣。到公元1000年,也就是中国北宋初年的时候,地球北极指向的天空离现在北极星棗小熊座α星的角距还有6度。可见,那时它还远远不能作北极星。现在地球自转轴北极指向的天空离小熊座α星的角距只有约1度。目前地球自转轴北极指向的天空正以每年15角秒的速度接近小熊座α星。到公元2100年前后,地球自转轴北极指向的天空和小熊座α星之间的角距最小,仅有约28角分。似乎这时它的“地位”才达到北极星的顶峰。以后,地球自转轴北极指向的天空将逐渐远离小熊座α星。到公元4000年前后,仙王座γ星将成为北极星。到公元14000年前后,天琴座α星棗织女星将获得北极星的美名。那时人们再谈起牛郎和织女的故事来,织女星“入主北极星的皇位”身份,远远超过牛郎星。地球自转轴这样摆动一周的时间,大约是26000年。这说明一切事物都是在运动的,静止只是暂时的,是相对的,运动变化才是永恒的。

  北斗七星属大熊星座的一部分,从图形上看,北斗七星位于大熊的背部和尾巴。这七颗星中有6颗是2等星,一颗是3等星。通过斗口的两颗星连线,朝斗口方向延长约5倍远,就找到了北极星。认星歌有:“认星先从北斗来,由北往西再展开。”初学认星者可以从北斗七星依次来找其它星座了。

(A)10万年前的北斗七星
(B)现在的北斗七星
(C)10万年后的北斗七星

北斗星
北斗七星在10万年前后的变化

  北斗七星组成的图形永远不变吗?它永远是找北极星的“工具”吗?当然不是这样。宇宙间一切物体都在运动和变化之中,恒星也不例外。既然恒星也在运动,那么北斗七星组成的图形当然也在变化。这七颗星离我们的距离不等,在70~130光年之间。它们各自运行的速度和方向也不一样。天文学家们已经算出,10万年前看到的北斗七星组成的图形和10万年后将要看到的图形,都和今日的大不一样。

四季星空

  寒来暑往,斗转星移。这说明随着一年四季的变更,四季星空也在变化。由于地球在绕太阳运动过程中,地球和太阳的相对位置不断变化,因此,一年中同是在晚上,不同季节看到的星象是不一样的。现在我们以北京(北纬40度)为例,看看四季星空。

春季星空

狮子座

  每年3~5月为春季,以4月中旬晚上八九点钟看到的星空为例。这时你会看到北斗七星斗柄指向东方。北斗七星南方的是狮子座。它的头部朝西,由几颗较亮的星组成弯弯镰刀形,其中最亮的星叫轩辕十四,它发出青白色的光芒,是1等星,它位于黄道上。狮子的尾巴在东,主要由三颗星组成一个三角形。狮子座的西边是巨蟹座,它的图形被想象成一只大螃蟹。在这个星座中可以用眼睛直接看到一个朦胧的光斑,叫蜂巢星团。在狮子星座的左下方是室女星座。室女座中最亮的恒星叫角宿一。巨蟹座、狮子座和室女座都是黄道星座。在轩辕十四和角宿一之间,是黄道和大赤道的交点之一--秋分点,每年9月23日前后,看起来太阳在黄道上运动,正经过这个天区。在室女座的下面是由四颗星组成一个略为偏离梯形的四边形,它属乌鸦座。乌鸦座下面是横贯东西的长蛇座。从北斗七星的斗柄自然延伸出去,我们会看到一颗亮星,它就是牧夫座里的亮星--大角星。大角星是零等星,也是北半天球最亮的恒星。在狮子座和牧夫座之间是后发座,这个星座不大,也没什么亮星,但是这个小星座名气很大:一是北银极就在这个星座里,二是这个星区包含许多星系级的天体系统,如后发星系团。只有通过天文望远镜才能揭示它们的秘密。

狮子座

天鹅座

  每年6~8月为夏季,以7月中旬晚上八九点钟看到的星空为例。这时北斗七星的斗柄指向南方。春夜星空中的大角星已移到西方天空。夏夜星空中最引人注意的是从东北到南方横跨太空的茫茫银河。银河西岸的织女星是天琴星座中的亮星,和织女星隔着银河相望的是牛郎星,牛郎星也叫河鼓二。牛郎星属天鹰座,神话故事把它想象成一只振翅高飞的雄鹰。牛郎星两旁各有一颗小星。这就是神话故事中的牛郎和织女的两个孩子,它们和牛郎星合称扁担星,牛郎星的左下方还有四颗小星组成一个菱形。这几颗星属海豚座。从海豚座往东北方,你会看到一个较大的星座,叫天鹅座。它主要由六颗星组成一个大十字形。古希腊神话故事把它想象成一只在银河上空低飞的天鹅。天鹅尾巴处的亮星叫天津四。夏夜星空中南方天空的银河分外明亮。那里有许多有趣味的大体。首先,巨大而壮观的天蝎星座头朝西,尾向东,形态十分逼真。天蝎座中有一颗红色亮星,犹如天蝎的心脏,它就是著名的心宿二,也叫大火星,还被称为商星。天蝎座的东面是人马星座。古希腊人把它想象成半人半马的怪物。人马座是银河最明亮的区域,在银河系的中心方向;通过天文望远镜观测这个天区,你会发现许多色彩鲜明、形态各异的双星、星团和星云;在这个星座中有六颗星组成类似北斗七星的“斗形”,它叫南斗六星。

秋季星空

飞马座

  每年9~11月为秋季,以10月中旬晚上八九点钟看到的星空为例。这时北斗七星己来到北方低空。一般来说,这时在中国长江流域以南的地区是很不容易见到北斗七星了。不过,请你放心,你要认星仍然有替代北斗七星的“助手”,它就是仙后星座。这时仙后星座正出现在头顶高空。它的主要亮星组成一个W形。通过其中α星和κ星的连线延长出去,也可以找到北极星。仙后座南方的是仙女星座。仙女星座的形态很象一支牛角,其中有个名气很大的天体。它就是在γ星附近有一个肉眼约摸直接可见的亮斑--仙女座星系(M31)。它是我们银河系的近邻,关于它的情况,后面还要介绍。在仙女座东北方的是和仙女、仙后连在一起的英仙星座,在仙后座西北方的是仙王座,古希腊神话故事把它们称为“王族星座”:仙王座(国王),仙后座(王后),仙女座(安德洛美达),英仙座(帕修斯),飞马座(飞马),鲸鱼座(海怪)。秋夜星空的中心是仙女座的“邻居’--飞马座,古希腊神话故事把它想象成一匹长着翅膀的飞马,它的主要亮星和仙女座α一起构成一个巨大的正方形。飞马座的南方是双鱼座和宝瓶座。它们是黄道星座。宝瓶座的东方是鲸鱼座。秋夜星空中虽然亮星不多,但是秋季天高气爽,仍然是认星的好时节。

冬季星空

金牛座

  每年12月~第二年2月为冬季,以1月中旬晚上八九点钟看到的星空为例。冬季尽管天气寒冷,可冬夜星空中的亮星数胜过其它三个季节,显得分外壮丽,这时北斗七星已来到东北方天空,斗柄指向北方。冬夜星空的中心是出现在南方天空的猎户座。古希腊神话故事把猎户座想象成一位勇敢的猎人。猎户座主要由七颗亮星组成,中间横着的三颗星为猎户的腰带,腰带下面竖着的三颗星为猎户的宝剑,猎户腰带三颗星就是民间说的“三星”。猎户右肩上的亮星发红,叫参宿四,是有名的红超巨星,左腿上的蓝色亮星叫参宿七,在猎户宝剑的三颗星中间附近,有久负盛名的天体棗猎户座大星云。通过天文望远镜观测它时,你会看到它像盛开的棉桃。猎户座的左下方有猎户的两条爱犬棗大犬座和小犬座陪伴着它。大犬座中的亮星是全天看起来最亮的恒星,它就是赫赫有名的天狼星。在猎户座的左上方是一对双生兄弟,叫双子座。古希腊神话说他们兄弟二人诚挚友爱,感动了天神,天神将他们升上天空变为星座。双子座的西边是一头凶猛的野牛,叫金牛座。金牛座中有一团小星,民间称它为七姐妹星团,也叫昴星团。金牛座中红色的亮星叫毕宿五,它和轩辕十四、心宿二、北落师门被古人称为“四王星”。金牛座和双子座都是黄道星座。每年6月22日夏至前后,太阳来到双子座和金牛座之间,这是一年中太阳在黄道上离天赤道最靠北的位置,离天赤道约23.5度。金牛座的上方是御夫座。它正处银河之中,主要由五颗亮星组成五边形,这五边形很像风筝,最亮的一颗星叫五车二,它发出黄色光芒,和我们的太阳同属一个恒星类型。

环球星空

  在地球上不同纬度,见到的星空景象是否完全一样呢?假如你到中国的北极村---漠河,假如你站在海南省的天涯海角,星空景象有何变化呢?

  在北京(北纬40度) 北极星离地平的高度约40度。北方天空永不落下或大部分不落下的星座有:小熊座、大熊座、天龙座、仙后座、仙王座、英仙座、鹿豹座和天猫座等;南天极附近的约有23个星座在北京永远看不到或只看到一部分;其它星座在北京均看到有升有落。有升有落的星座在天球上东升西落的视运动路线与地平的交角约50度。也就是等于90度减观测者所在的地理纬度。

 在北极极点(北纬90度) 这时地球上的最北点就在你的脚下。北极星离地平的高度为90度,也就是说,北极星到了头顶的方向。你面前的任何方向都是南方,天空只是从左往右旋转,北半天球的星星都在地面以上,永不落下。南半天球的星星都在地平以下,永不升起。大家熟悉的天狼星、老人星、角宿一、心宿二、北落师门等,都看不到了。太阳从每年3月21日升出北极地平,一直到9月23日,太阳才落下地平,这就是北极点的半年白天。9月23日至第二年的3月21日,太阳永不升起,半年都是黑夜。这就是极昼极夜景象。北极的白熊早就熟悉了这种自然景观。

  在赤道(纬度0度) 北极星离地平的高度为0度。这时北极星正落在北方地平线上。星星和太阳都是垂直于地平升起和落下。在这里你可以在一年里看到整个天球上的恒星,88个星座都可以看到。所有的星星都有升有落。猎户座“三星”差不多从正东升起,经过头顶天空,从正西落下。真是“三星高照”了。

  在南极点(南纬90度) 从赤道往南一走,北极星就看不到了。到了南极点,你的脚下就是地球上最南的一点。你面前所有的方向都是北方,东西方向失去意义。这时和你在北极点看到的星空正好相反。这里只看到南半天球的星星。星空从右往左旋转,在地平以上的星星永不下落,北半天球的星星则永不升起。我们熟悉的牛郎星、织女星、大角星都不见了。而壮观的南十字星座分外引人注意。澳大利亚等国国旗上就标有南十字星座,作为“南国”的象征。但是南天极的位置没有南极星。在半人马座中你可以看到一个明亮的大斑点,约相当于4等星,它就是全天看起来最大最亮的球状星团,叫半人马ω星团。在山案座和剑鱼座之间,你可以看到一个云雾状的大斑,它就是大麦哲伦星系。在杜鹃座可以看到小麦哲伦星系。它们都是我们银河系的邻居。同样,在南极也有极昼极夜的景象。它与北极的时间正相反。也就是说,南极的极昼是从9月23日开始,到第二年3月21日结束。极夜是从3月21日至9月23日。