太阳作为一个运动的恒星

太阳作为一个运动的恒星

由于星辰时复一时夜复一夜地与天极保持着不变的相对位置，它们可以被永久地定位在一张天图即星图上。图8给出的是一种形式的星图，其他种类的星图可以在任何天文图册或天文学书籍中找到。图8的星图中包含了在中北纬度地区的观察者能看到的所有亮星，但是这些星星并非全都能被同时看到，因为它们并不都同时处在地平线之上。在夜晚的任一时刻，图中有将近五分之二的星星在地平线之下。

可以看见的特定的恒星及其出现的天区依赖观察的日期和时间。举例来说，图8中的实线被罗盘上的四个坐标点东、南、西、北所破开，它所围成的天区是10月23日晚9∶00一个中北纬度的观察者可以看到的。实线代表观察者的地平线。如果观察者将星图置于头顶并使其底部指向北，则四个方位点与他实际的物理地平坐标点近似一致。这张星图显示当年此刻北斗七星正好在北地平的上方出现，而仙后座差不多位于地平窗口的中心位置，相当于头顶的位置。由于恒星在23小时56分后又会回到原来的位置，所以地图上相同的方位可以表示10月24日8∶56、10月25日8∶52、10月30日8∶32等时刻的恒星位置。

现在设想包围着观察者视域的实线地平圈保持当前位置不变，而整个星图圆盘以极点为中心在后面缓慢地做逆时针运动。旋转15°后，地平窗口内所出现的星星是在10月23日晚10∶00或10月24日晚9∶56等时间所见到的。旋转45°后，地平圈内出现的是10月23日午夜所能见到的星星。所有亮星在任一夜晚任一时刻的位置都可通过这种方法找到。一张可转动的星图配上一个固定的地平窗口，就像图8那样，通常被称为“寻星镜”。

除了为保持固定的相对位置的物体比如恒星定位之外，星图还有其他的用途。它也可以用来描述诸如月球、彗星、行星等在恒星之间缓慢改变位置的天体的行为。举例来说，正像古代人所知道的，只要与恒星关联起来，太阳的运动就有一个特别简单的形式。由于太阳落山后恒星很快出现，知道如何追随恒星运动的观察者可以记录下日落的时刻和地平位置，测量日落和恒星首次出现的时间间隔，然后通过往回旋转星图来确定太阳在星图上的位置，由此判定太阳落山时有哪些恒星正好在地平位置上。经过连续几夜的观察后在星图中标出太阳位置的观察者，会发现它每次都近乎处在相同的位置。图9显示了在一个月中每个夜晚太阳在星图上的位置。两次相继的观察中它在星图上并不处在相同位置，但也并没有偏离很远。我们发现它每晚比前一晚上位置改变了1°，而1°是相对较小的距离，大约是太阳角直径的两倍。

这些观察使人觉得，通过把太阳视为日复一日在恒星中做缓慢运动的物体，可以方便地分析太阳的周日运动和它在地平上南北之间更慢的移动。如果某一天太阳在恒星中的位置被确定，那么，太阳在这一天的运动几乎就是星图上相应位置一颗恒星的周日运动。两者都像转动着的星图上的点一样运动，在东方沿向南倾斜的直线升起，然后在西方落下。一个月之后，太阳会同样进行恒星的周日运动，但此时它的运动非常类似于与一月前那颗恒星偏离30°的另一颗恒星的运动。在这一个月中，太阳缓慢而又稳定地在星图中相距30°的两点间移动。每天它的运动都近乎一颗绕天极旋转的恒星运动的一部分，但在相继的两天里，其行为不完全等同于同一颗恒星。

如果日复一日地在星图上标出太阳的位置，并将它在每个晚上相继位置的标志点连起来，我们会得到一条在年末闭合的平滑曲线。这条曲线被称为黄道，在图8的星图上用虚线表示。太阳总是处在这条线上的某一点上。正像黄道被恒星的共同周日运动所带动在空中迅速地运动一样，太阳则被一起带动，就像被定位在这条线上某一点的一颗恒星那样有升有落。但同时太阳缓慢地围绕黄道运动，每日、每时、每分占据一个略微不同的位置。因此太阳复杂的螺旋形运动可被分解成两个更为简单的运动。太阳整个的视运动包括它的周日运动（由整幅星图逆时针旋转引起的向西运动）和一个同时沿黄道向东的运动（绕星图中的极点的顺时针运动）。

用这种方法来分析，太阳的运动很像是一个旋转木马上收票员的运动。收票员在木马平台的旋转携带下快速地转动。但当他从一匹木马缓慢地走到另一匹木马去收票时的运动与骑马者的运动是不同的。如果沿着与平台旋转相反的方向走动，他相对于地面的运动要稍稍慢于旋转的平台对于地面的运动，骑马者会比收票员更快地完成一圈。如果他的收票工作要求他离开平台的中心，那么他相对地面的整体运动不再是一个圆形，而是一个在一次旋转后不会闭合的复杂曲线。尽管理论上讲有可能精确地给出收票者相对静止的地面的运动轨迹，但把他的整体运动分解成两个组成部分则更为简单：一是平台稳定的快速旋转，另一个是相对于平台更为缓慢且更不规则的运动。自古以来，天文学家就用类似的区分来分析太阳的视运动。每天太阳和恒星一起向西迅速地运动（称之为周日运动），同时太阳穿过恒星或相对于恒星沿黄道向东运动（这是周年运动）。

将太阳的运动分解为两部分后，只要标出每日每时太阳在黄道上所达到的那些相邻的点，它的行为就可以被简单而准确地描述出来。被标明的点系列给出了太阳运动的周年成分；而剩下的周日成分由整张星图的旋转来给出。举例来说，由于图8中的黄道是一个有点变形而且明显偏离中心的圆，上面必定有一点SS比其他各点更接近中心天极。黄道上的所有点中，SS点的日出和日落位置最靠近北方，并且当转动星图时此关节点处于地平窗口内的时间最长。因此，SS是夏至点，太阳的中心必定在6月22日左右通过它。同样地，图8中的AE和VE分别是秋分点和春分点，黄道上这两点的日出和日落在正东和正西方。当旋转星图时，它们正好有一半时间处于地平窗口内。太阳的中心必定分别于9月23日和3月21日经过它们，而在12月22日经过黄道上距天极最远的冬至点WS。至点和分点，开始是作为一年中某些天出现，现在已经有了更为精确并在天文学上更有用处的定义。它们是星图中或天空中的一些点。配上相应的日期（或时刻，因为太阳中心瞬间通过每点），这些在黄道上被标定了的位置给出了太阳周年运动的方向和近似的速率。有了这些标记或诸如此类的东西，一个知道如何用旋转星图来模拟周日运动的人就能够确定一年中每一天太阳升起和落下的时间和位置以及太阳的最大高度。

至点和分点不是黄道上仅有的接受了标签的位置。正如星图中所描绘的，黄道经过了一群特别突出的星座，就是广为人知的黄道十二宫。根据从遥远的古代传下来的约定，这些星座将黄道分为长度相等的12段。当说到太阳“处在”一个特定的星座中，也就给出了它在黄道上的近似位置，同时也给出了当时的季节。太阳经过十二宫的周年运动看上去像是控制着季节的循环，这一观察就成了占星术这一科学或伪科学的根源，我们将在第三章对此作进一步的论述。