為什麼每晚看到的星空都不盡相同

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專欄作者：馬褂

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動圖看天文02? 太陽時和恆星時上次做的動圖《地球的自轉》，留下了一個與之相關的問題：地球自轉一圈就是一天，但這裡面有哪些細節可挖呢？（以下部分動圖所需流量較大，建議在wifi環境下觀看）首先，怎麼確定地球轉了一圈？日常我們看到所有會轉的東西，都需要一個標記指向它，隨後在旋轉過程中與這個標記進行對比，當標記再次指向同一個位置時，就可以判斷轉了一圈。測量地球自轉也是用的這個方法，所採用的標記就是天上的星辰。那麼問題就來了，有兩類星星可供選擇：一個是太陽，另一類星星就是夜晚的恆星，它們都是每天東升西落的，我們用一個帶有刻度的測量儀器，可以比較精確地記錄它所到達的位置。月亮和金木水火土等行星可以嗎？它們動得比較快，每天出現在天空不同的區域，作為標記不是很方便，這個我們以後再說。古人雖然不知道地球在轉，但他們發明的儀器可以比較精確地測量出太陽和星星的位置。

渾儀

日晷

其次，採用太陽或夜晚的恆星，測量「一天」的時長，結果會是一樣的嗎？答案是不一樣，因為地球不止有自轉，還有公轉。當它沿太陽軌道運行的時候，一天要跑出約 260萬公里，這會影響它「瞄準太陽」的方向。讓我們把視角抬升到北極上空，從這個角度看看這兩種方式的差別。

對這兩種方式測量出來不同的「一天」，分別取名為「太陽日」和「恆星日」。恆星日是地球自轉360°的時長，而太陽日是比360°多轉一點兒的時長，但是它照顧到人們日常生活的習慣：我們日常生活中，今天早上到明天早上，或者今天中午到明天中午等等，間隔一天，是順理成章的事兒，這是以太陽為標記，容易辨認。但如果以恆星日為基礎的話，今天中午太陽在頭頂，到明天中午的時候，太陽距離到頭頂就還差4分鐘路程。這聽起來沒有什麼大不了的，但這「每天四分鐘」累積起來，一個月之後的中午太陽距離頭頂就還得走倆小時；一個季度過去，手錶顯示是中午，而太陽才剛剛從地平線升起，這「中午」就失去實用意義了。而以太陽日作為我們使用手錶的計時基礎，就導致這樣一個現象：今天你所看到的星星，會比昨天提前大約4分鐘到達同樣位置。這樣累積起來，如果你每天晚上在一個固定的時間去看星空的話，就會發現星星們逐日往西漂移。這也就導致了：一年四季，我們能在不同的季節看到不一樣的星空。

以上是朝南的星空模擬。

以上是朝北的星空模擬，注意看北斗七星的朝向。在中國古代，判斷四季的大概狀況，於每晚八九點左右去看北斗七星的斗柄，有句口訣：斗柄東指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。這就是那「每天四分鐘」累積出來的。

前幾年，微博上流傳著一個笑話：女兒是大一新生，往家裡寫信說：爸，你總以為給我講解星座時我不用心聽。但前幾天晚上我和個普通朋友散步，把北斗七星和獵戶座指給他看了，你一定很開心吧？父親回信：的確開心。前天夜裡我和你媽散步也看到北斗七星。但並沒有看見獵戶座，因為每年這個時候獵戶座到凌晨一點才出現。你那個「普通朋友」是誰？——現在大家能理解女兒為什麼會露餡了吧？如果，我們遵循恆星日時間間隔，每天比昨天提前4分鐘去觀看星空又會怎樣呢？那差不多就是看到星空固定不變了，而月亮和其它的幾顆行星在來回跑。不過這不算很帶勁，通過Stellarium軟體的模擬功能，我們可以把太陽的運行也疊加進來，會出現以下的情況：

如果再把太陽每天的行徑記錄下來，這條路徑就被稱為「黃道」；把它和天空中的星座相結合，沿途的這些星座就被稱為「黃道星座」。

注意上圖裡各個星座的寬度都是不一致的，而且黃道所經過的星座有十三個。不過古人為了方便地記錄太陽行動，把黃道均勻地分成了十二段，稱之為「黃道十二宮」。要注意的是，黃道十二宮只是對天區的劃分，並非每個宮裡剛好地塞進一個星座。有的星座比較寬，佔據了不止一個宮，而有的星座形體怪異只是插進某個星宮打一下醬油。很多人所熱衷的星相學，根據生日判斷自己是「什麼座」，其實只是「什麼宮」，跟天文學裡的星座沒有什麼關係。前段時間媒體傳聞說「NASA宣布黃道有十三個星座」，是沒有搞清這兩者的關係。以上談到的「太陽日」，是以真實的太陽位置為基礎設置的，被稱為「真太陽日」。雖然比較照顧人們的日常生活，但因為地球的公轉軌道是個橢圓，地軸又有一定的傾角，導致每一個「真太陽日」的時間長短也有不同。而現在人們日常生活的一天則是可以在鐘錶儀器上通過均勻走時來計量的，被稱為「平太陽日」，這個以後再說。本次圖片使用了Google Earth、NASA官網、Stellarium、及部分網路圖片，特此致謝！責任編輯 | 配圖：解仁江『天文濕刻』 牧夫出品微信號：astronomycn

天地大衝撞
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