看图说话---天文知识之天体运动

13智宇

在 这 一 章 内 ， 我 们 会 讨 论 天 体 的 视 运 动 ， 明 白 为 什 么 太 阳 、 月 球 及 行 星 会 在 天 球 上 「 移 动 」 ， 但 恒 星 则 好 像 永 恒 不 变 。

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行 星 的 运 动

对 于 古 代 人 来 说 ， 行 星 是 会 在 天 球 上 四 处 闯 荡 的 「 星 」 ， 现 在 我 们 知 道 ， 它 们 会 四 处 乱 闯 ， 是 由 于 它 们 和 地 球 一 样 ， 皆 会 绕 日 公 转 。 太 阳 系 有 九 大 行 星 ： 水 星 、 金 星 、 地 球 、 火 星 、 木 星 、 土 星 、 天 王 星 、 海 王 星 和 冥 王 星 。 除 了 九 大 行 星 外 ， 更 有 不 少 细 小 的 天 体 绕 着 太 阳 旋 转 ， 包 括 小 行 星 、 周 期 彗 星 等 。

由 于 水 星 和 金 星 的 轨 道 在 地 球 轨 道 之 内 ， 所 以 称 为 内 行 星。 从 地 球 看 来 ， 它 们 和 太 阳 永 远 形 影 不 离 ， 由 太 阳 东 面 走 到 太 阳 西 面 ， 再 回 到 东 面 。 由 于 它 们 和 太 阳 靠 得 很 近 ， 所 以 我 们 只 能 在 日 出 前 或 黄 昏 后 看 到 它 们 。 金 星 光 芒 万 丈 ， 是 天 空 中 除 了 太 阳 及 月 亮 之 外 第 三 颗 最 光 亮 的 天 体 ， 在 日 出 前 出 现 的 金 星 ， 我 们 称 为 晨 星 ， 这 个 阶 段 约 维 持 一 百 天 ， 之 后 金 星 会 在 日 落 后 才 出 现 ， 这 时 便 称 为 昏 星 。

其 他 行 星 ( 火 星 、 木 星 、 土 星 、 天 王 星 、 海 王 星 和 冥 王 星 ) 称 为 外 行 星 。 由 于 它 们 亦 会 绕 日 公 转 ， 所 以 在 天 球 上 的 运 动 ， 基 本 上 是 由 西 向 东 移 动 ，我 们 称 之 为 顺 行 。 但 由 于 地 球 的 公 转 速 度 较 快 ， 所 以 它 们 有 时 被 地 球 「 赶 过 」 ， 这 时 在 地 球 看 来 ， 它 们 在 天 球 的 运 动 会 完 全 倒 转 ， 变 成 自 东 向 西 ， 我 们 称 之 为 逆 行 。 ( 内 行 星 也 有 顺 行 和 逆 行 。 ) 通 常 ， 外 行 星 每 次 会 逆 行 数 星 期 至 数 月 不 等 ， 所 以 你 不 可 能 一 夜 间 看 到 外 行 星 顺 行 、 逆 行 再 顺 行 的 运 动 。

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恒 星 的 运 动

太 阳 每 天 东 升 西 落 ， 可 说 人 尽 皆 知 。 但 较 少 人 注 意 到 的 是 ， 原 来 差 不 多 所 有 天 体 ， 包 括 月 球 、 行 星 和 所 有 恒 星 ， 皆 同 样 会 东 升 西 落 。 事 实 上 ， 天 体 当 然 不 会 真 的 每 天 巴 巴 绕 着 地 球 旋 转 ， 这 个 假 像 其 实 是 由 于 地 球 自 转 所 造 成 的 。

我 们 可 以 把 天 空 幻 想 成 一 个 称 为 天 球 的 大 玻 璃 球 ， 而 所 有 天 体 包 括 太 阳 星 星 等 皆 镶 嵌 在 天 球 上 ， 而 地 球 则 孤 悬 于 天 球 的 中 央 。 当 地 球 自 西 向 东 自 转 ， 身 处 地 球 上 渺 小 的 人 类 ， 当 然 感 觉 不 到 地 球 的 运 动 ， 反 而 觉 得 整 个 天 球 皆 自 东 向 西 绕 着 地 球 旋 转 ， 造 成 太 阳 及 其 他 天 体 每 天 东 升 西 落 的 错 觉 。

在 图 中 ， 你 会 发 觉 接 近 天 球 北 极 的 星 永 远 不 会 下 山 ， 我 们 称 这 些 星 为 拱 极 星 。 著 名 的 北 极 星 虽 然 只 是 众 多 拱 极 星 中 的 一 颗 ， 但 由 于 它 非 常 接 近 天 球 北 极 ， 所 以 看 来 似 乎 永 远 静 止 不 动 。

北 极 星 相 对 于 地 面 的 位 置 取 决 于 观 测 者 所 在 地 的 纬 度 ， 例 如 在 香 港 ， 北 极 星 会 在 正 北 ， 离 地 面 22.4 度 。

同 样 道 理 ， 有 些 星 永 远 不 会 东 升 。 居 住 在 北 半 球 的 人 永 远 看 不 到 接 近 南 天 极 的 星 ， 而 居 住 在 南 半 球 的 人 同 样 也 看 不 到 接 近 北 天 极 的 星 。 可 惜 的 是 ， 天 球 南 极 附 近 没 有 光 星 ， 所 以 没 有 「 南 」 极 星 为 南 半 球 居 民 引 路 。

这 三 幅 模 拟 图 例 显 示 在 北 半 球 可 以 见 到 的 恒 星 运 动 ， 第 一 幅 指 向 天 球 北 极 方 向 ( 你 会 发 现 其 实 北 极 星 并 不 是 完 全 固 定 不 动 的 ) ， 第 二 及 第 三 幅 分 别 指 向 南 方 及 东 方 。

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太 阳 的 运 动

在 天 球 上 ， 恒 星 的 相 对 位 置 是 固 定 不 变 的 ， 假 若 我 们 撇 除 由 于 地 球 自 转 所 造 成 的 东 升 西 落 运 动 ， 恒 星 在 天 球 的 位 置 可 说 是 不 变 的 ( 注 ： 事 实 上 ， 恒 星 在 天 球 上 的 位 置 其 实 是 会 变 化 的 ， 我 们 称 恒 星 在 天 球 上 的 运 动 为 自 行 ， 但 恒 星 的 移 动 非 常 非 常 缓 慢 ， 非 要 经 过 数 十 年 的 时 间 ， 再 加 上 精 确 的 量 度 ， 才 能 够 侦 测 出 来 ) 。

虽 然 太 阳 亦 只 不 过 是 一 颗 普 通 的 恒 星 ， 但 由 于 地 球 的 公 转 运 动 ， 太 阳 在 天 球 上 的 位 置 皆 时 时 刻 刻 自 西 向 东 移 动 ， 每 年 环 绕 天 球 一 周 。 太 阳 在 天 球 上 的 轨 迹 称 为 黄 道 ， 在 黄 道 上 的 星 座 称 为 黄 道 十 二 宫 。 ( 注 ： 其 实 现 在 的 黄 道 还 会 经 过 蛇 夫 座 ， 但 根 据 传 统 的 习 惯 ， 我 们 通 常 不 会 将 它 列 入 黄 道 星 座 之 内 ) 。 黄 道 十 二 宫 源 自 古 老 的 占 星 术 ， 不 少 人 以 为 太 阳 周 年 运 动 时 ， 逗 留 在 每 一 宫 的 时 间 是 一 样 的 ， 但 可 惜 这 个 「 常 识 」 是 错 的 。

问 ： 什 么 是 一 天 ？

答 ： 我 们 通 常 以 为 太 阳 回 到 相 对 于 地 面 同 一 位 置 便 是 一 天 ， 例 如 由 中 午 至 另 一 个 中 午 。 用 这 种 方 法 定 义 的 一 天 称 为太 阳 日 ， 利 用 太 阳 投 影 位 置 量 度 时 间 的 日 晷 ， 便 是 根 据 这 个 定 义 运 作 的 计 时 仪 器 。 另 一 个 较 鲜 为 人 知 的 定 义 ， 便 是 以 星 星 返 回 天 空 同 一 位 置 为 一 天 ， 称 为 恒 星 日 。 由 于 地 球 公 转 的 关 系 ， 一 个 太 阳 日 比 一 个 恒 星 日 长 。 一 年 中 大 约 有 365 个 太 阳 日 ， 但 却 有 366 个 恒 星 日 ， 你 知 道 原 因 吗 ？

很 多 人 都 知 道 ， 较 准 确 的 说 法 是 一 年 有 365.2422 太 阳 日 。 为 了 避 免 长 久 累 积 这 0.2422 日 而 出 现 误 差 ， 我 们 有 4 年 一 闰 的 解 决 办 法 ， 普 通 年 是 365 日 ， 但 闰 年 则 有 366 日 ， 而 多 出 的 一 天 便 安 插 在 2 月 最 后 一 天 之 后 。 心 思 细 密 的 读 者 会 注 意 到 ， 四 年 一 闰 即 每 年 平 均 有 365.25 日 ， 比 一 年 的 真 实 日 数 多 了 0.0078 日 ， 误 差 虽 小 ， 但 数 百 年 累 积 下 来 便 不 得 了 ， 所 以 历 法 规 定 ， 可 以 被 100 除 尽 的 年 份 不 置 闰 ( 例 如 1700 、 1800 、 1900 ) ， 但 可 以 被 400 除 尽 的 年 份 则 保 持 置 闰 ( 例 如 2000 、 2400 、 2800 ) ， 因 此 ， 每 400 年 便 少 了 3 个 闰 年 ， 即 平 均 一 年 少 0.0075 日 ， 每 年 误 差 为 0.0003 日 ， 或 每 3000 年 误 差 不 多 于 一 天 。 这 种 历 法 称 为 公 历 或 格 里 哥 历 。

月 球 的 视 运 动 和 太 阳 相 若 。 两 个 满 月 之 间 相 差 29.5 日 ， 称 为 一 个 盈 亏 月 。 要 注 意 的 是 ， 中 国 人 使 用 的 农 历 其 实 已 考 虑 了 太 阳 及 月 球 的 运 动 ， 所 以 正 确 来 说 是 阴 阳 合 历 。

由 于 地 球 的 自 转 轴 相 对 于 公 转 轨 道 平 面 倾 斜 了 23.5 度 ， 再 加 上 地 球 的 绕 日 运 动 ， 所 以 太 阳 东 升 的 方 位 角 会 随 日 子 改 变 。

地 球 有 赤 道 ， 天 球 上 亦 有 天 球 赤 道 。 天 球 赤 道 和 黄 道 的 交 角 是 23.5 度 ， 而 相 交 的 两 点 分 别 称 为 春 分 点 及 秋 分 点 。 此 外 ， 在 黄 道 上 距 离 春 分 和 秋 分 点 最 远 处 则 称 为 夏 至 和 冬 至 点 。 每 年 3 月 21 日 、 6 月 21 日 、 9 月 21 日 和 12 月 21 日 前 后 ， 太 阳 便 会 分 别 运 行 至 黄 道 上 的 春 分 点 、 夏 至 点 、 秋 分 点 和 冬 至 点 的 位 置 。 在 夏 至 日 ， 日 长 夜 短 ， 太 阳 会 直 射 北 半 球 ， 由 于 北 半 球 会 获 得 较 多 的 阳 光 ， 所 以 天 气 会 变 得 炎 热 ， 南 半 球 的 天 气 则 刚 好 相 反 ， 此 时 正 值 隆 冬 时 分 。

在 夏 至 日 ， 太 阳 东 升 的 位 置 ， 是 全 年 最 偏 北 的 ； 在 冬 至 日 时 ， 则 在 全 年 最 偏 南 之 处 升 起 ， 造 成 北 半 球 夏 天 日 长 夜 短 、 冬 天 日 短 夜 长 的 天 文 现 象 。

狂奔的蜗牛

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