离开了天狼星,让咱们前往这场银河系之旅的第三站:与咱们相距433光年的北极星。
如果说天狼星是夜空中最亮的星,那么北极星就是夜空中最有名的星了。它之所以会如此有名,首要是因为它占有了夜空中的一个十分特别的方位。为了说清楚这个方位究竟特别在哪里,让我先从地球的自转讲起。
众所周知,地球一向都在做两种运动:公转和自转。下面这张图就展现了地球公转和自转的状况。咱们在太阳系之旅中讲过,地球一向在一个固定的平面中绕太阳公转,这个平面就是黄道面。此外,因为自转,地球自身也鼓起了一个赤道;把赤道向太空中无限延伸,所得到的平面就是赤道面。需求着重的是,黄道面和赤道面并不重合,两者之间存在着一个23.4°的夹角
事实上,正是地球公转带来了四季变迁,正是地球自转带来了日夜替换。
除此此外,因为地球的自转,天上那些星斗的方位也会不断地发作改动。这就像是你在一个房间里不停地转圈,会看到房间里各种家具的方位在不断改动相同。当然,并非一切家具的方位都会发作改动。比如说,坐落你头顶正上方的吊灯的方位就一向固定不变。相同的道理,坐落地球“头顶正上方”(科学的说法是“北天极”,也就是地球自转轴与天球在北方的交点)的天体,其方位也不会随地球自转而发作改动。而与北天极最接近的天体(它和地球的连线,与地球自转轴构成了一个夹角,其巨细还不到1°),就是咱们要旅游的北极星。
换句话说,如果把天球幻想成一个巨大的房间,北极星就是这个房间正上方的吊灯。
正因为如此,咱们常常可以看到如下图所示的一些延时地理拍摄著作:其他一切的天体,都在沿那些同心圆的轨道运动。只需北极星,简直一动不动地停止在这些同心圆的中心,宛如一个一向占有舞台C位的天皇巨星。
现在问题来了:北极星能永久居高临下、一向强占北天极这个特别的方位吗?答案是否定的。
最早意识到北极星不会永久占有夜空C位的人,是咱们的老朋友、古希腊闻名地理学家喜帕恰斯。
虽然贵为三角学之父,喜帕恰斯的生平阅历早已消失在前史的迷雾中。现在人们只知道,他出生在小亚细亚半岛的尼西亚(坐落土耳其境内),后来长时刻定居在希腊的罗德岛。从公元前162年到公元前127年之间,他一向在进行地理观测。除此以外,人们对喜帕恰斯就简直一无所知了。
听说,喜帕恰斯至少写过14本书,不过一本也没能撒播下来。可能有些读者会奇怪了:“这么一个虚无缥缈、简直什么阅历都无据可考的人,为什么能取得如此之大的名声呢?”答案是,他的科学奉献被写进了一本划年代的地理学巨作,那就是咱们在旅游太阳系时介绍过的托勒密的《至大论》。
依据《至大论》的记载,在公元前127年,喜帕恰斯做出了一个十分严重的发现,那就是闻名的岁差。
为了介绍什么是岁差,让咱们先回忆一下在太阳系之旅中讲过的天球的概念。从古至今,地球一向在同一个平面内绕太阳公转,这就是所谓的黄道面。此外,咱们可以把整个夜空幻想成一个巨大的球面,也就是所谓的天球。把黄道面无限延伸,终究会与天球相交成一个圆(即下图中那个赤色的圆)。在地球上看来,这个圆就是太阳在天球上运动的轨道,也就是所谓的黄道。
正如咱们可以用经度和纬度来符号地球表面恣意一点的坐标,咱们也可以用黄经和黄纬来符号天球上恣意一点的坐标。这意味着,天上的一切天体,都有一个归于自己的、用黄经和黄纬来符号的天球坐标。
公元前127年,喜帕恰斯测出了黄道邻近的1000多颗恒星的黄经和黄纬,并把他的丈量成果与前人的丈量成果进行了比照。喜帕恰斯惊奇地发现,这些恒星的黄纬没有发作改动,但它们的黄经却向西发作了全体性的偏移(与太阳在黄道上的运动方向相反)。据此,喜帕恰斯估测每年的昼夜平分点(黄道上的两个白天和黑夜均为12小时的方位,也就是春分点和秋分点)会在黄道上向西移动,大约100年会移动1°。这个地球的昼夜平分点在黄道上全体偏移的现象,就是所谓的岁差。
趁便多说一句。在《至大论》中,托勒密对喜帕恰斯的研讨进行了拓宽,证明了岁差不但影响接近黄道的那些星星,还会影响天上一切的天体。
但无论是喜帕恰斯仍是托勒密,都只是单纯地发现了岁差现象,而无法解说发作这个现象的原因。事实上,这是一个远远逾越他们那个年代的超级难题。要再过1800年,也就是要一向比及17世纪末,才会有一个更巨大的科学家在一本更巨大的巨作里解说岁差的奥妙。此人就是咱们的老朋友艾萨克•牛顿爵士。当然,那本巨作就是咱们在太阳系之旅中介绍过的《自然哲学的数学原理》。
地球自转轴进动的另一个重要影响,就是咱们前面提到过的“北极星不会永久占有夜空的C位”。换句话说,跟着地球自转轴的进动,可以占有北天极这个特别方位的“北极星”也会不断改换。不过与陀螺不同的是,地球自转轴进动的速度十分慢。依据现在的地理观测,北天极大约要花77年才会移动1°。换句话说,大约要花25770年的时刻,地球的自转轴才可以转上一圈。也就是说,虽然地球的北天极有朝一日会违背北极星,只需再等上将近26000年的年月,它还会从头回到北极星的身旁。