为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

七小七,脚踏实地,仰望星空。心有猛喵,细嗅鱼干。

一句话回答,因为地球动的太慢了。

地球自转一周约为 24 小时,相应的,星星们约 24 小时会在天球上转一圈,一圈 360°,每小时约为 15°。

15°是个什么概念呢?你可以原地站好,面对着地平线的方向,把手臂水平伸直,然后比一个大大的赞,这时候你点赞的手在天球上对应的高度就约为 15°(根据个人情况稍有误差,且在地平线附近比较准确,在头顶的天球上误差较大)。

充满暗示

你可以实际试试看,天球上的 15°比你想象的距离可能要小很多。星星移动这么远需要整整一个小时,所以看起来不会模糊再正常不过了。

既然说到了星星的移动,不如就拓展一些跟恒星移动相关的小知识吧。

斗转星移

前面说了,地球自转一圈约 24 小时,为什么是“约”呢?因为地球真正的自转周期是 23 小时 56 分 4 秒,并不是完整的 24 小时。

那为啥一天是 24 小时整呢?因为这个 24 小时叫太阳日,指的是以太阳为参照物,太阳两次直射地球某一点的时间间隔。地球在自转的同时也在公转,每自转一圈,公转带来的角度变化约 0.986 度,地球需要再转一点点,按地球自转速度折合为 3 分 56 秒,才能使得太阳又正好对着上次的位置。把它们加起来就正好是 24 小时了。

而地球真正的自转周期 23 小时 56 分 4 秒,因为是以遥远的几乎不动的恒星为参考物,即恒星两次来到天球上同一位置的时间间隔,因此又被叫做恒星日

我们平时使用的是 24 小时制的太阳日。因为恒星日与太阳日相差了差不多 4 分钟,因此在不同日期的同一时刻,恒星在天球的位置并不一样。跟昨天晚上 8 点比,今天晚上 8 点的时候,恒星在天球上向西多移动了 3 分 56 秒,也就是 0.986 度。所以我们可以发现,随着时间的推移,星星们会从东边升起,在天球上移动,直到在西方落下。年复一年,周而复始,这就是一年中的斗转星移。


岁差

除了年复一年的绕圈,恒星的位置还有另一种周期变化。我们地球自转轴的指向并非是永远朝向一个方向,而是在月球引力和太阳引力的共同作用下,缓慢的画着圈,周期约为 25800 年,称之为岁差

岁差现象带来了北极星更迭,春分点西移,恒星位置的集体移动等诸多现象。前两个限于篇幅不多讲了,春分点西移等有空开个坑写写吧,这个话题槽点太多了,属于民科重点攻坚方向(但绝大多数人甚至都没理解春分点到底是什么)。北极星更迭可以看这篇:

北极星为什么一直处于地球的正北方?

公元前二世纪,古希腊天文学家喜帕恰斯最先发现了岁差现象。东晋时期(公元 330 年左右),我国天文学家虞喜通过实地测量与古文献的对比,发现了数千年中恒星位置的变化:“尧时冬至日短星昴,今二千七百年乃东壁中,则知每岁渐差之所至”。在尧的时代,冬至时昴宿位于正南,而过了 2700 年,到了东晋时期,冬至日时正南方的是壁宿,这正是由于每年微小的岁差积累造成的。

喜帕恰斯和虞喜都测量了岁差的大小,但受限于观测手段,与如今的测量值都相差颇大。现在人们通过测量算出,恒星每年会移动 50″24。这个单位是角秒,60 角秒是一角分,60 角分是一角度。所以大家可以看出这个差值是多么的小,只有在数千年的跨度下,才能明显看到星空的变化。

岁差会造成恒星位置的两种变化。

一种是随着年岁积累,恒星会逐渐向东运动。

下面两张图是公元前 2000 年和公元 2000 年的同一时间,大角星的位置图。对照地平线,可以非常明显的看出来这 4000 年的时间,大角向东移动了很多。

另一种是恒星纬度的变化。

比较明显的是南十字星座,在最近 4000 年里,它向南移动了 22°多。在公元前 2000 年,在北京(北纬 40°左右)就能看见它们,离地平线还很高。但现在,北纬 32°以北完全看不见它了。海口(北纬 20°左右)的小伙伴才能看到跟 4000 年前的北京差不多高度的南十字。

下图显示的是公元前 2000 年的夜空,地点是北京,可以看到南十字完全在地平线以上。

而到了公元 2000 年,地点还是北京,南十字在最高点时仍然位于地平线以下。

下图的地点在海口,跟 4000 年前北京的南十字高度差不多。


恒星运动

我们的太阳与天上的恒星们一样,其实都在宇宙中飞速奔跑。虽然在宏观上,大家都在绕着银河系中心转圈,但微观上,星星们可不是像我们高中时期的晨跑,排好了队伍整整齐齐,而是各有各的想法,各有各的方向。对于太阳来说,天上的星星相对我们的位置其实是在不断变化的。

为了便于描述,天文学家把恒星运动简单的分解成了平行于我们的方向和朝向我们的方向。平行于我们方向上的移动速度称为“恒星自行”,代表着恒星在天球上的位置变化。而朝向我们方向上的移动速度称为“恒星径向速度”,代表着恒星靠近或远离我们的快慢,它带来了恒星亮度的变化。

恒星自行

由于恒星实在太远太远了,恒星自行带来的改变十分微小,肉眼是完全看不出来的。把看得见看不见的恒星都算上,全天大约也只有 200 多颗恒星的自行大于 1 角秒 / 年。满月月面的距离是 0.5°,自行为 1 角秒 / 年的星星,要移动 1800 年,才能在天上移动一个月面那么远的距离。

我们肉眼可见移动最快的星星是牧夫座的大角,它的运动方向很诡异,是在垂直银面运动,因此相对于我们来说自行就特别大,高达 2 角秒 / 年,900 年就能跑出一个月亮远。

大角是全天第四亮的恒星,也是北半球最亮的星星(更亮的天狼星和老人星虽然也能在北半球看见,但它们在天球上的位置属于南半球)。每年初春,我们就能看见橙黄色的大角从东边的地平线升起,陪伴我们整个春夏秋,直到 9 月底还能在西方的余晖中看见它。

大角是颗演化到晚年的红巨星,已经 71 亿岁了。它的质量跟太阳差不多,几乎就是我们太阳未来的样子。因为诡异的运动方向,直到 50 万年前,它才明亮到能被我们看见,而目前它正位于几乎与我们最近的位置。之后,它会因为远离我们而逐渐暗淡,50 万年之后,就会再次消失在我们的视野中。在它 71 亿年的漫漫岁月中,与我们的缘分只有短短的 100 万年。与我们的邂逅,只是它漫长星生中的转瞬一瞥而已。

而移动最快的并不是大角,而是一颗叫做“巴纳德星”的红矮星。它速度达到了惊人的10 角秒 / 年,也就是 100 年就能移动半个月亮那么远。可惜它太暗了,肉眼不可见。不然,在我们生命的长度里就能观察到它明显的位置变化。

恒星径向速度

而径向速度的变化,带来最明显的效应就是“夜空第一亮星争夺战”。这个很容易理解,向着我们运动的星星会越来越亮,而远离我们的星星会越来越暗。目前斩获这个头衔的是天狼星,它凭借着 8.6 光年的超近距离,弥补了自己在亮度上的短板。如今,它已经在这个位置上坐了 9 万年,并马上就要迎来自己的星生巅峰:6 万年后,它将到达距离我们最近的位置——7.8 光年,彼时的亮度可以达到 -1.68 等,成功跻身“第一亮星名人堂”,是历史最亮第八位(前后 500 万年跨度)。

之后,天狼星会开始远离我们,并不可避免的走向暗淡。21 万年后,织女星将接过这顶王冠,并称霸 27 万年之久。

此外,天空中的其他亮星,五车二,毕宿五,老人星都曾获得过这个称号。特别是老人星,它其实是太阳附近最明亮的恒星之一,天狼啦,织女啦这些星星只有特别接近我们时,才有机会问鼎,属于“亮度不够,距离来凑”。而老人星则是完完全全的“实力为王”,在前后 500 万年的跨度内,老人星四次获得“第一亮星”的殊荣,总计霸屏 344 万年,是当之无愧的“第一亮星”之王。

虽然介绍了很多次,但每次说到这个话题时,还是特别想提一下,500 万年跨度内的最亮恒星 No.1,弧矢七。它本身是颗明亮是 B 型恒星,在 470 万年前,距离我们只有 34 光年,是现在距离的十分之一不到。因此亮度达到了惊人的-3.99 等,几乎要跟最亮时候的金星差不多了。

弧矢七与天狼星的合影。它们俩都属于大犬座。这个星座盛产“第一亮星”,除了弧矢七和天狼星,还有军市一是 446 万年前的第一亮星,大犬座 NR 是 267 万年后的第一亮星

不过,目前弧矢七已经跑到了 430 光年外,目视星等只有 1.5 等,排名也掉到了 22 名(是二等星头名)。

小知识:弧矢七最亮时候的亮度是现在的 157 倍。

恒星之所以被叫做恒星,是因为古人认为它们几乎是不动的。但实际上,每一年,每一天,每分每秒,星空都在改变着。此时此刻,抬头仰望的夜空,也只是瞬间的永恒。每一次与星星的相遇,都是属于你与星星的,独一无二的邂逅。

澳大利亚尖峰石阵上空的银河