恒星

恒星

恒星的运动比起太阳运动要简单和有规律得多。然而，它们的规律性不是很容易被认识到的，因为对夜空系统的观测要求有能力挑选出特定的恒星以便它无论在天上的什么地方出现都可以做重复的研究。在现代世界，这种只有经过长期训练才能获得的能力相当少见。现在很少有人花许多时间到户外去观察夜空，而且，即使有人那样做，他们的视线也会不断地被高楼和路灯所遮蔽。此外，在普通人的生活中观天不再起直接的作用。但在古代，星星却是普通人生活环境的一个直接的部分，并且天体还担当着计时器和日历等普遍功能。在这种情况下，一眼就可辨别出星星的能力相对就比较常见了。在有记载的历史开始之前很久，那些专门持续地观测夜空的人们已经在心里把星辰分为星座，即可以作为一个固定的图案被看到和辨识的一组邻近的星星。要从繁杂的星空中找出某一颗星星，观察者首先要找到那颗星所在的为人所熟知的星座图案，然后再从此图案中找到那颗星。

现代天文学家所使用的许多星座是以古代神话中的人物来命名的。一些可以追溯到巴比伦的泥板文书，少数远至公元前3000年。尽管现代天文学已经修改了它们的定义，但主要的星座还是属于我们可追溯的最古老的遗产。不过，这些组成星座的群星第一次是怎样被选出的现在还不能确定。几乎没有人可以从大熊星座（图4）中看出一只熊来；其他的星座在视觉方面也有同样的问题；所以这些星星第一次被组织起来也许是为了方便起见，命名则是随意的。但如果是这样，那它们就是被非常奇怪地组织起来的。古代星座具有非常不规则的边界，它们在天空中占据着尺度大小极其不同的区域。显然，它们不是方便的选择，这也是现代天文学家之所以改变它们的边界的原因之一。也许古代的牧羊人或航海者，一个小时接一个小时地注视着天空，从繁星中“真的”看到了他熟知的神话人物，正如有时我们会在云或树的轮廓里看到一些面孔一样。现代格式塔心理学的实验证明了，从明显随机的组群中发现熟知图案是一种普遍的需要，正是这种需要奠定了著名的“墨渍图”实验或罗夏实验[3]的基础。如果我们能更多地知道它们的历史起源，星座也许会对最早描画出它们的原始社会的心理特征提供有用信息。

认识星座就像熟悉一幅地图一样，并且有着相同的目的：星座使我们在星空中遨游时更容易找到路。知道了星座，一个人可以很容易地找到据报处在天鹅座（Cygnus）的彗星；但如果他只知道彗星“在天上”，那他几乎肯定会错过它。然而，由星座所提供的并不是一张普通的地图，因为星座总是在运动的。由于它们总是一起运动，就能保持住它们的图案和相对位置，所以运动并没有破坏它们的合用性。一个位于天鹅座的恒星总是位于天鹅座，而天鹅座总是与大熊星座保持相同的距离。[4]但无论天鹅座还是大熊星座都不会在天空同一位置驻留很长时间。它们看起来就像是粘在转动着的留声机唱片上的地图上的城市。

恒星固定的相对位置和运动如图5所示，图中显示了同一夜晚的三个时刻北天中北斗七星（大熊星座的一部分）的位置和方位。在每次观察中北斗七星的图案都是相同的。北斗星与北极星的关系也是如此，后者总是在北斗星碗状的敞开一侧29°远的位置，并与碗形的最后的两颗星处于一条直线上。其他的示意图也会显示天空中其他恒星之间类似的稳定几何关系。

图5还展示了恒星运动的另一个重要特征。当星座和组成它们的恒星在空中一起旋转时，北极星几乎保持静止。事实上，仔细地观察会发现，北极星并不是每晚都那么静止，但天空中有另外的一点与北极星相距不到1°，它才真正地具备图5中属于那个恒星的［不同的］特性。这一点就是大家知道的北天极。观察者在北纬地区的某一给定位置总能发现它夜夜时时都处于他的地平面正北方之上的同一固定位置。一根指向极点的直棒在恒星运动时会持续地指着极点。然而，天极点的运动同时也像恒星一样，也就是说，天极会长期保持与其他恒星的几何位置关系[5]。由于极点对于每个观天者来说是一个定点，也由于恒星在运动时与这一点的距离保持不变，所以每颗恒星看上去就像是在以天极为圆心的圆弧上运动。图5显示了北斗七星这一圆周运动的一部分。

恒星绕天极运动形成的同心圆就叫作它们的周日圈，它以每小时15°多一点的速率在这些圆周中旋转。恒星在一个日出和日落之间没有完成一个整圆，但在晴朗的夜晚观察北天的人会看到极点附近的星星划出差不多一个半圆，并且在下个夜晚他会发现它们在相同的圆上以同样的速率运动。进一步，他还会发现它们正好在它们已经到达的那些位置上，如果它们的确在两个夜晚之间那个的白天继续稳定地旋转的话。自古以来，在辨识这些规律性方面训练有素的观察者很自然地假设恒星在白天也像在夜晚一样存在并运动，只是在白天太阳的强光使肉眼无法观察到它们。按照这种解释，恒星沿一个整圆稳定地旋转，每23小时56分完成一个周期。10月23日晚上9点一颗处于天极正下方的恒星在10月24日晚8∶56回到相同的位置，而在10月25日是8∶52。到了年末，它将在日落之前到达极点的下方，所以在这个位置无法看到它。

在中北纬度地区，天极处于地平面最北端上方约45°的地方。（极点仰角正好等于观察者所在的纬度——这是测量纬度的方法之一）。因此处于极点周围45°以内区域的恒星，或在观察者所处位置之上任何高度的恒星不会落在地平线以下，在一个晴朗夜晚的任何时刻都一定可以看到。这些就是拱极星，古埃及宇宙学家称之为“不知毁灭的东西”。它们也是仅有的很容易辨认出做圆周运动的恒星。

与天极相距更远一些的星辰也沿周日圈运动，但是每个圈都有一部分隐藏到地平线以下（图6）。所以，这些恒星有时可以看出升落，在地平线之上出现或者在下面消失；它们并不能整夜被看到。星星离天极越远，其周日圈露出地平线的就越少，把它路径可看见的部分认作一个圆周的一部分就越困难。举例来说，一颗由正东方升起的星星仅有一半的周日圈可见。它的运动轨迹就很像太阳在春分点或秋分点附近时的运动路径，沿着指向南方的上斜线升起［图7（a）］，在面向东方的观察者右肩上方的一点达到最高，最后沿着指向北方的下斜线在正西落下。离极点更远的星星只有在南地平线上短暂地出现，在正南点附近，它们升起后很快便落下，从不在地平线之上走太远（图7［b］），由于几乎有半年的时间它们在白天升落，所以有许多夜晚它们根本就不出现。

夜空的这些定性的特征在古代天文观测所达到的所有区域里都是相同的，但是这种描述掩盖了一些重要的量上的差别。随着观察者南行，每南移69英里，天极在北地平线上的仰角就会下降1°。恒星仍旧绕天极作周日运动，但是由于天极逐渐接近于地平，一些北方的拱极星会随观察者南移而被发现有升落。在正东和正西方升落的恒星，继续在地平线上相同的点出现和消失，但往南方走，它们是沿着与地平线近乎垂直的直线运动的，它们到达的最高点更近乎观察者的头顶上方。南天的变化更为显著。随着天极朝着北方的地平线下降，位于南天的恒星由于与天极保持相同的角距离，就会升到南地平线以上更高的高度。当观察者从更南方观察时，一颗在北方的地平线上几乎见不到的星星，会升得更高，并且可被观察的时间也更长。南方的观察者仍然可以看到在其地平线最南端之上稍纵即逝的恒星，而这些是北方的观星者所完全见不到的。一个向南移动的观察者会发现整夜可见的拱极星越来越少。但在南方他时时会看到在北方从未看到的星星。