天空上的星群

□ 聞新 張婉怡

天球的概念

科學家們定義的天球

天球是一個假想球，主要用途是幫助人們直觀地觀察天體運動。在幾百年前，當人們仰望天空，看到太陽、月亮和星星等天體，但卻不能知道它們究竟離人類多遠。因此，科學家們做出一個假設，他們假設太陽、月亮以及其它天體都散布在以地球為中心的一個透明圓球的球面上，這個透明的圓球就是天球。雖然天球不是一個真實的球體，但天球卻是一個非常有用的工具，它可以幫助人們了解天體相對于地球是如何運行的。

圖1所示是一個天球和地球模型，如果將地球的南北兩極軸線分別向外延伸至與天球相交，則交點就被稱為天球的南極和北極。如果你站在地球的北極往上看，就可以看到天球的北極；如果你站在地球的南極往上看，就可以看到天球的南極。類似的，如果沿地球的赤道面向外輻射到天球的上，那么在天球上得到的圓環就稱為天球的赤道面。如果你位于地球的赤道上，那么天球的赤道永遠在你的上方。北極星距離天球的北極很近，因此當地球每日繞著地軸旋轉時，除了北極星之外的所有的星體看上去都像在繞著地球在旋轉，而北極星卻始終停在天球北極的附近。

“視星等”的概念

天文學家喜帕恰斯發現了歲差現象并編制了1022顆恒星的位置一覽表

晴朗的夜晚，點點繁星，有明有暗。天文學家用“視星等”來區分它們的明亮程度。

“視星等”的概念首先由古希臘天文學家喜帕恰斯（Hipparchus）提出，他把自己編制的星表中的1022顆恒星按照亮度劃分為6個等級，即1等星到6等星。1850年英國天文學家普森發現1等星要比6等星亮100倍。根據這個關系，星等被量化。重新定義后的星等，每級之間亮度則相差2.512倍，1勒克司（亮度單位）的視星等為-13.98。

但1到6的星等并不能描述當時發現的所有天體的亮度，天文學家延展本來的等級──引入“負星等”概念。這樣整個視星等體系一直沿用至今。如牛郎星為0.77，織女星為0.03，除了太陽之外最亮的恒星天狼星為1.45，太陽為26.7，滿月為12.8，金星最亮時為4.89。現在地面上最大的望遠鏡可看到24等星，而哈勃空間望遠鏡則可以看到30等星。

因為視星等是人們從地球上觀察星體亮度的度量，它實際上只能量度物體表面上的光亮度。由于視星等需要考慮星體光度、距離、星際塵埃遮蔽等多重因素，因此僅憑視星等衡量恒星本身亮度是不客觀的。只有從已知的距離觀察一個恒星得到的亮度，才能確定它自身的發光強度，并用來與其他星體進行比較。在天文學上，絕對星等是指把天體放在指定的距離時（10pc）天體所呈現出的視星等，即把從距離星體10個秒差距（32.6光年）的地方看到的目視亮度（也就是視星等），叫做該星體的絕對星等。按照這個度量方法，牛郎星為2.19等，織女星為0.5等，天狼星為1.43等，太陽為4.8等。

為什么天空中的大多數星座似乎每晚都從東到西運動？

站在地球上觀察天球

地球繞著連接南北兩極的地軸旋轉，使得地球會發生白天和黑夜現象。如果所有星體都固定在天球上，這樣當地球自轉時，人們會在一天中的不同時段看到天球的不同部分，如圖右3的B所示。

也可以從另一種角度理解，假設地球是靜止的，并且天球繞著天球南北極形成的軸轉動，那么人們在室外看天空時就會發現：你站立在不動的地球上，所有的星體和太陽圍都會繞著你運動。因此白天和夜晚的周日運動可以認為是天球繞著地球旋轉產生的，如圖3的A所示。

由此可見，隨著地球的自轉，星體也如同太陽那樣，從東方升起，從西方落下。這就是為什么大部分星座每晚都在天空中自東向西運動。

星群與星座的區別是什么？

大熊星座中包含北斗七星

星群是天文學中一個非正式星座型態。像星座一樣，它沒有物理上的實質性關聯，但與地球的距離上有著顯著的不同。一個星群可以由同一個星座的恒星組成，也可以是來自多個不同星座的恒星。它們的樣式很容易辨認，例如像在大熊星座中包含北斗七星。北斗七星就是一個星群，它也是大熊座的一部分。

黃道十二宮

黃道12宮及太陽在黃道上的視運動

在天文學上，把太陽在地球上的周年視運動軌跡，既太陽在天空中穿行的視路徑，稱為“黃道”。在黃道上，大約每30度包含一個星座，總計為十二個星座，稱為“黃道十二星座”。太陽的視運動在黃道平面內一年轉一圈，經過這十二個星座，如圖5所示。從圖中可以發現，如果地球上的觀測者在三月初的夜晚（背對太陽的一面）仰望星空，可以看到獅子座，而太陽此時在水瓶座的位置。如果在九月初，夜晚能看到水瓶座，而太陽則在獅子座附近。

古代的占星術家將黃道劃分為12等份，稱之為“黃道十二宮”。而實際上黃道十二星座中每個星座大小都不一樣，如果你能飛向太空邊界上，你會發現，太陽經過某些星座只需花費1個～2個星期，而經過另一些星座則需要一個多月的時間。通過等分黃道空間手段進行劃分，則得到的這十二宮空間的大小是相等的，所以太陽通過它們的時間也相等。

為什么人們在不同季節的夜晚看到不同的星座？

不同季節地球和太陽的相對位置

地球繞著太陽旋轉，而星座相對于太陽的位置則是不變的（如上圖5所示）。在北半球冬季的夜晚，觀察者處于地球背面，沒有太陽直射（如圖6中，冬季地球的深色區域）。此時，觀察者面對的星座是雙子座。而在夏季的夜晚，觀察者同樣位于地球背面（如圖6中，夏季地球的深色區域），而此時，觀察者面對的方向與冬季時完全相反，能看到人馬座。因此，由于地球的轉動，人們在不同季節的夜晚看 到不同的星座。

什么是拱極星座？

位于北極的拱極星座

由于地球繞著太陽旋轉的軌道，天文學家們把星座分為兩類。一類星座永不離開觀察者的視線，稱之為拱極星，而另一類稱之為季節性星。怎樣判斷星座是拱極的還是季節性的？這取決于觀察者所在的緯度。在北半球，人們總能看到在北天極附近的拱極星座，包括仙后座、仙王座、大熊座、小熊座、鹿豹座和天龍座。在南半球，人們總能看到在南天極附近的拱極星座包括南極座、天燕座、山案座、堰蜓座等等。

下期預告：下期名為“認識北天極星座”。主要介紹位于北天極的仙后座、仙王座、大熊座和小熊座等等的命名、形狀、亮度和文化。