天空上的星群

□ 闻新 张婉怡

天球的概念

科学家们定义的天球

天球是一个假想球，主要用途是帮助人们直观地观察天体运动。在几百年前，当人们仰望天空，看到太阳、月亮和星星等天体，但却不能知道它们究竟离人类多远。因此，科学家们做出一个假设，他们假设太阳、月亮以及其它天体都散布在以地球为中心的一个透明圆球的球面上，这个透明的圆球就是天球。虽然天球不是一个真实的球体，但天球却是一个非常有用的工具，它可以帮助人们了解天体相对于地球是如何运行的。

图1所示是一个天球和地球模型，如果将地球的南北两极轴线分别向外延伸至与天球相交，则交点就被称为天球的南极和北极。如果你站在地球的北极往上看，就可以看到天球的北极；如果你站在地球的南极往上看，就可以看到天球的南极。类似的，如果沿地球的赤道面向外辐射到天球的上，那么在天球上得到的圆环就称为天球的赤道面。如果你位于地球的赤道上，那么天球的赤道永远在你的上方。北极星距离天球的北极很近，因此当地球每日绕着地轴旋转时，除了北极星之外的所有的星体看上去都像在绕着地球在旋转，而北极星却始终停在天球北极的附近。

“视星等”的概念

天文学家喜帕恰斯发现了岁差现象并编制了1022颗恒星的位置一览表

晴朗的夜晚，点点繁星，有明有暗。天文学家用“视星等”来区分它们的明亮程度。

“视星等”的概念首先由古希腊天文学家喜帕恰斯（Hipparchus）提出，他把自己编制的星表中的1022颗恒星按照亮度划分为6个等级，即1等星到6等星。1850年英国天文学家普森发现1等星要比6等星亮100倍。根据这个关系，星等被量化。重新定义后的星等，每级之间亮度则相差2.512倍，1勒克司（亮度单位）的视星等为-13.98。

但1到6的星等并不能描述当时发现的所有天体的亮度，天文学家延展本来的等级──引入“负星等”概念。这样整个视星等体系一直沿用至今。如牛郎星为0.77，织女星为0.03，除了太阳之外最亮的恒星天狼星为1.45，太阳为26.7，满月为12.8，金星最亮时为4.89。现在地面上最大的望远镜可看到24等星，而哈勃空间望远镜则可以看到30等星。

因为视星等是人们从地球上观察星体亮度的度量，它实际上只能量度物体表面上的光亮度。由于视星等需要考虑星体光度、距离、星际尘埃遮蔽等多重因素，因此仅凭视星等衡量恒星本身亮度是不客观的。只有从已知的距离观察一个恒星得到的亮度，才能确定它自身的发光强度，并用来与其他星体进行比较。在天文学上，绝对星等是指把天体放在指定的距离时（10pc）天体所呈现出的视星等，即把从距离星体10个秒差距（32.6光年）的地方看到的目视亮度（也就是视星等），叫做该星体的绝对星等。按照这个度量方法，牛郎星为2.19等，织女星为0.5等，天狼星为1.43等，太阳为4.8等。

为什么天空中的大多数星座似乎每晚都从东到西运动？

站在地球上观察天球

地球绕着连接南北两极的地轴旋转，使得地球会发生白天和黑夜现象。如果所有星体都固定在天球上，这样当地球自转时，人们会在一天中的不同时段看到天球的不同部分，如图右3的B所示。

也可以从另一种角度理解，假设地球是静止的，并且天球绕着天球南北极形成的轴转动，那么人们在室外看天空时就会发现：你站立在不动的地球上，所有的星体和太阳围都会绕着你运动。因此白天和夜晚的周日运动可以认为是天球绕着地球旋转产生的，如图3的A所示。

由此可见，随着地球的自转，星体也如同太阳那样，从东方升起，从西方落下。这就是为什么大部分星座每晚都在天空中自东向西运动。

星群与星座的区别是什么？

大熊星座中包含北斗七星

星群是天文学中一个非正式星座型态。像星座一样，它没有物理上的实质性关联，但与地球的距离上有着显著的不同。一个星群可以由同一个星座的恒星组成，也可以是来自多个不同星座的恒星。它们的样式很容易辨认，例如像在大熊星座中包含北斗七星。北斗七星就是一个星群，它也是大熊座的一部分。

黄道十二宫

黄道12宫及太阳在黄道上的视运动

在天文学上，把太阳在地球上的周年视运动轨迹，既太阳在天空中穿行的视路径，称为“黄道”。在黄道上，大约每30度包含一个星座，总计为十二个星座，称为“黄道十二星座”。太阳的视运动在黄道平面内一年转一圈，经过这十二个星座，如图5所示。从图中可以发现，如果地球上的观测者在三月初的夜晚（背对太阳的一面）仰望星空，可以看到狮子座，而太阳此时在水瓶座的位置。如果在九月初，夜晚能看到水瓶座，而太阳则在狮子座附近。

古代的占星术家将黄道划分为12等份，称之为“黄道十二宫”。而实际上黄道十二星座中每个星座大小都不一样，如果你能飞向太空边界上，你会发现，太阳经过某些星座只需花费1个～2个星期，而经过另一些星座则需要一个多月的时间。通过等分黄道空间手段进行划分，则得到的这十二宫空间的大小是相等的，所以太阳通过它们的时间也相等。

为什么人们在不同季节的夜晚看到不同的星座？

不同季节地球和太阳的相对位置

地球绕着太阳旋转，而星座相对于太阳的位置则是不变的（如上图5所示）。在北半球冬季的夜晚，观察者处于地球背面，没有太阳直射（如图6中，冬季地球的深色区域）。此时，观察者面对的星座是双子座。而在夏季的夜晚，观察者同样位于地球背面（如图6中，夏季地球的深色区域），而此时，观察者面对的方向与冬季时完全相反，能看到人马座。因此，由于地球的转动，人们在不同季节的夜晚看 到不同的星座。

什么是拱极星座？

位于北极的拱极星座

由于地球绕着太阳旋转的轨道，天文学家们把星座分为两类。一类星座永不离开观察者的视线，称之为拱极星，而另一类称之为季节性星。怎样判断星座是拱极的还是季节性的？这取决于观察者所在的纬度。在北半球，人们总能看到在北天极附近的拱极星座，包括仙后座、仙王座、大熊座、小熊座、鹿豹座和天龙座。在南半球，人们总能看到在南天极附近的拱极星座包括南极座、天燕座、山案座、堰蜓座等等。

下期预告：下期名为“认识北天极星座”。主要介绍位于北天极的仙后座、仙王座、大熊座和小熊座等等的命名、形状、亮度和文化。