恒星如何“轉圈圈”

陳若穎

地球是自西向東圍繞太陽運行的，一年旋轉一圈。但是就像我們坐在車上感受不到車在前進，而是認為路邊的樹木在后退一樣，站在地球上的人也感覺不到地球的運動，反而認為是太陽在自東向西繞著地球旋轉。而這樣旋轉一圈投影在天球上的軌跡就被人們稱為“黃道”。黃道所在的平面，即地球的公轉軌道面，就叫作黃道面。

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天體在天球上的投影

宇宙中各個天體與地球上的觀測者的距離都不相同，研究起來很不方便，所以人們就假想了一個天球，然后把所有的天體不論遠近，統統“投影”到天球相應的位置上，再來研究它們就簡單多了。

黃道除了表示太陽投影在天球上的軌跡之外，還能幫助我們定義四季。由于地球是傾斜著自轉的，所以黃道就與地球赤道形成了一個23.5°的夾角，又稱黃赤交角。正是因為這個夾角，當地球公轉時，太陽直射地球的位置就會不斷發生改變，從而形成了四季。

地球赤道在天球上的投影是天球的赤道，即天赤道，所以黃道和天赤道也相交形成了黃赤交角，太陽在一年之內能夠經過天赤道兩次。其中，春分時太陽恰好從南向北經過天赤道，這個點被稱為“春分點”。同理，從北向南經過天赤道的那個點就被叫作“秋分點”。

黃道十三星座

古人為天上的星辰劃定了星座，并假設這些星座都被投影到了天球上，同樣投影在天球上的太陽運動軌跡，正好經過了其中的12 個星座，于是古人就把這12 個特殊的星座稱為“黃道十二星座”。黃道在數千年間并不是一成不變的，它也會因為各種微小的擾動而變動位置。如今的黃道，在天蝎座和人馬座之間，多出了一個蛇夫座。所以，黃道上現在一共有十三個星座。

不同緯度的天空

從地球上看，太陽的運動軌跡被稱為黃道。而天空中其他的恒星在天球上同樣也呈現出一條條運動軌跡。

因為地球上不同緯度擁有不同的地平圈，所以位于不同緯度的人看到的是天球的不同部分。比如站在北半球的我們，看到的大部分天體的運動軌跡都是傾斜的。不過，在北天極周圍有一些比較特殊的天體，它們的運動軌跡總是高于地平圈，所以永遠不會落下，被稱為“永不落天體”，它們運行的這一區域則被叫作“恒顯圈”。與此相對，南天極附近有“永不升天體”和“恒隱圈”。至于恒顯圈與恒隱圈的大小與我們所處的位置有關，緯度越高，人們看到的恒顯圈和恒隱圈范圍越大。

如果你剛好處于北極點，這時北天極就在你的頭頂，你只能看到天球上一半的天體。不過，北極點的天空并不無聊，光天體的運動軌跡就是一大奇觀。在這里，你看到的所有太陽系之外的天體永遠都不會落下，它們會在各自平行于地平圈的軌道上旋轉。處于北極，整個北天球都是你的恒顯圈。

如果你恰好站在赤道上，此時南北天極恰好位于地平線上，那么你看到的天體就會垂直于地平面升落。因為沒有恒隱圈，所以位于赤道上的人能夠看到天球上所有的天體。

在北極點觀測太陽就更有趣了。北極點會有為期半年的極晝或極夜，你知道在這半年內太陽是如何運行的嗎？

從春分開始，太陽會從地平線上緩緩升起，一天繞著北天極旋轉一圈。半年的時間里，它會一直待在天上，每天上升一點兒，直到秋分那天才會落下，之后便進入長達半年的極夜。如果在這半年內每小時都給太陽拍一張照片，最后拼接起來，你會發現它在這半年內經歷了一個螺旋上升再螺旋下降的過程。也正因為這與眾不同的升落方式，北極點的日出和日落能持續約三十個小時！

根據赤道附近天體的運動軌跡，你能想到太陽在赤道附近的運動軌跡是什么樣的嗎？