伸出你的手，就能簡單的測量星空丨原創

摘要：在天文觀測中常用視距離表示遠近或是大小，也即是眼睛看到天體之間或天體直徑的角度。把胳膊伸直，我們手掌的一些特徵表徵了一些角度，利用北斗七星校準之後，可以估計夜空中天體的角距，有助於我們觀看星圖，認識星空，以特殊的星星（例如北斗七星）作為路標，根據角距和方向尋找和觀察星座。關注更多可以關注 中國科學院國家空間科學中心 微信 【nssc1958】

說到天文上的距離，很多朋友能夠很快的說出「光年」、「光秒」一類的單位——光年、光秒不是時間長短，而是光一年、一秒所能行進的距離。光的速度非常快，一秒鐘就能行進大約30萬公里。不過，天文上經常使用其他一些距離單位，比如天文單位——指地球到太陽的平均距離，還有這裡要說到的天文角距（angular distance）或角直徑（angularsize）。在天文觀測中常說的星星之間的距離，並不是指它們之間的遠近，而是它們彼此的視距離。就好比下圖中的小人一樣，我們眼睛看到兩顆星星之間有一個夾角，或者看天體比如月亮的直徑也有一個角度。和其他我們日常生活見到的角度一樣，它以「度（°）」為計量單位。觀察夜空的時候，地平線到正頭頂即為90°，而月亮的角距大約是0.5°。

角距離和角直徑

對我們普通天文愛好者來說，星星間的天文角距簡單估計就可以了。估計一下它，有助於我們進行天文拍照時了解視野範圍，快速調整相機的鏡頭焦距。伸出你的手，就能簡單的測量星空——人們總結了如圖所示的很多經驗：把胳膊伸直（也就是一臂遠處看），小拇指頂端的寬度差不多正好是1°，食指、中指和無名指3根手指在一臂遠處的寬度大約是5°，一個拳頭的寬度大約是10°，小拇指和食指間張開的距離大約是15°，整隻手從大拇指到小拇指的寬度大約是25°。更長的距離可以重複使用這些標準來估計。

一臂遠處一些手掌特徵的對應的角度（1）

還有另外一些流傳使用的手勢，比如如圖，同樣把指尖最細的部分估計為1°，把張開手掌的距離估計為10°，把食指的3個指節估計為3°、4°和6°。這些都是一些便捷實用的記法。

一臂遠處一些手掌特徵的對應的角度（2）

這些角度對應什麼特徵呢？而且，手的寬度畢竟因人而異，可能有些朋友的手不是很符合這些特徵，那有沒有校準的參考呢？在星空中我們通常藉助北斗七星來參考。通常天空中最容易辨認的就是北斗七星，同樣不需要什麼儀器，只需要利用我們的眼睛就能尋找和觀察它。無論在一年中的哪一天或者是晚上的哪個時刻，只要夜空晴朗，我們都能在北半球的中緯度地區看到北斗七星懸掛在北天之上。我們的老祖先把這七顆明亮又總是排列在一起的星星聯繫起來想像成為古代舀酒的斗形，它們總是指明北方，名為北斗七星。我們國家的第一個導航衛星系統就起名為「北斗」系統，正是取了它自古以來就指引方向的意思。

古人給北斗七星分別如圖起名為天樞、天璇、天璣、天權、玉衡、開陽、搖光。星等依次為2.02、2.35、2.39、3.29、1.76、2.22、1.85。星等越大，星星越暗。因此它們從亮到暗依次是玉衡、搖光、天樞、開陽、天璇、天璣、天權。

北斗七星

如下圖所示，北斗七星形狀始終是「勺形」，而它們的「勺口」總是沖著一顆明亮的星星，也就是大名鼎鼎的北極星。因為北極星更加接近地球的北天極，差不多正對著地軸，而地球存在公轉，在各個季節北斗七星似乎在圍繞北極星「轉動」。古人根據初昏時北斗的「勺柄」或者說「斗柄」所指的方向來決定季節：「斗杓東指，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。」（《鶡冠子》）

不同季節北斗七星圍繞著北極星

所以北斗七星也是我們確認夜空中南北方向的指向標，這在觀看星圖時也非常重要。回到北斗七星對我們用手估計測量星空中焦距的幫助上，根據測量，如圖所示，北斗七星的天樞和天璇的間距——也就是指向北極星的2顆星星的間距為5°，天樞和天權的間距——也就是「勺子的寬度」為10°，天樞和玉衡的間距——也就是「勺口一端」到北斗七星中最亮的星星之間的間距為15°，而北斗七星整個的長度大約是25°。

北斗七星的一些特徵角度，可以用於校準

了解了這些，我們就可以用我們自己的手測量一下北斗七星，從而確定自己手的寬度。例如，許多朋友的大拇指和小拇指張開並不能達到25°，可能只有20°- 22°。但一旦我們通過比較，知道了自己的手與測量星空之間的關係，這種方法就相當準確並且實用。當我們實際估計了天空中一些天體的角距之後，有助於我們觀看星圖，認識星空，以特殊的星星（例如北斗七星）作為路標，根據角距和方向尋找和觀察星座。另一方面，通過天體角度的觀測，也可以巧妙的估計實際的距離，如下圖，由於可以利用地球公轉不同位置時觀察天體的角度p畫三角形，由於地球到太陽的距離已知（稱為一個天文單位），此時可以計算天體到太陽的距離d，因為這個距離非常非常大，比地球到太陽的距離大得多，近似認為這個距離d大約等於地球到該天體的距離。當這個三角形的角度p為一個角秒（1°的3600分之一）時，其到地球的距離記為秒差距（英文Parsec，縮寫pc），它也是天文學上的一種長度單位。這個單位比光年還大，1 秒差距約等於3.26光年，或約30.86萬億公里。

利用天文觀測的角度估計其到地球的距離

撇開剛才說的這些公式——這些是那些研究者用的玩意兒——天文觀測可以是簡單而有趣的，只需要伸出你的手，就能簡單地測量星空。

作者王錚，系中國科學院國家空間科學中心助理研究員

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