人们常用“斗转星移”来形容时间的流逝,岁月的变迁。这里的“斗转星移”指的就是北斗七星。
北斗星指向和四季图解
在很久以前的古代,人们就发现在一年之中,北斗七星在天空中的运动很有规律。于是人们总结出了这样的谚语,“斗柄指东,天下皆春;斗柄指南,天下皆夏;斗柄指西,天下皆秋;斗柄指北,天下皆冬。”人们通过北斗星斗柄的指向就可以判断出季节的变化。
启明星
北斗星是天空中非常明显的星象。除了北斗星,天空还有一颗星星非常的引人注目。以前上中学的时候,因为那时候的学校有早自习,所以天还没有亮就要起来去学校。这时候,在刚刚露出鱼肚白的东方天空中会看到一颗非常明亮的星星。它非常的明亮,就像是镶嵌在深蓝色天空中的钻石。这颗星星就是启明星。后来才知道,启明星就是金星。
那地球绕着太阳转,为什么北斗七星、启明星的位置基本上不变呢?咱们一起来聊聊这个问题。
北斗七星的组成
北斗七星
北斗七星是由7颗肉眼可见的恒星组成的。它的形状看起来像是一把勺子。这7颗恒星从斗口到斗柄末端依次是天枢星、天璇星、天玑星、天权星、玉衡星、开阳星、摇光星。这其中,天枢星是最大的一颗,质量是太阳的4倍,直径是太阳的32倍。天权星是最小的一颗,质量是太阳的1.6倍,直径是太阳的1.4倍。
北斗七星到地球的距离从78光年到124光年不等。如果从宇宙空间上理解,它们之间是毫无关联的。但是从地球上看去,它们恰好形成了类似勺子的形状。
北斗七星为什么会转动
北斗星和北极星
文中一开始提到的谚语告诉我们,北斗七星的斗柄在一年四季内的指向有所不同。这是怎么一回事呢?这不是说明了北斗星在天空中是运动的吗?
原来,“斗柄指东,天下皆春;斗柄指南,天下皆夏;斗柄指西,天下皆秋;斗柄指北,天下皆冬”的说法是有个前提的。那就是我们要在春分、夏至、秋分、冬至这些特定的节气晚上11点(23时)观察北斗星,就会发现北斗星斗柄所指的方向和谚语是相吻合的。
如果你整个晚上都在观察北斗星的话,就会发现北斗星其实是一直在天空中转动的。那么它的斗柄不停地指向不同的方向,就像钟表上的指针一样。
旋转的北斗星
这又是为什么呢?这是地球的自转造成的。地球围绕着地轴自转。而地球的地轴又指向了北极星。因此我们在地球上看,北极星是不会动的,北极星周围的北斗星像是在围绕着北极星转动。这样北斗星就在一天之内围绕着北极星转了一圈,斗柄也就扫过了东南西北四个方向。
北极星
那么北斗星的斗柄为什么在一年四季特定的时间内指向了不同的方向呢?这是由于地球围绕太阳公转造成的。由于地球的公转,北极星每天会比前一天提前4分钟出现在天空的同一位置上。如果我们从春分的晚上开始,每天晚上在同一时间观察北斗星的话,就会发现斗柄逐渐偏南。等到夏至这天晚上同一时间再看北斗星,它的斗柄就会指向正南方了。
北斗星在转动,形状为什么不会变?
我们平时都有这样的一个经验“横看成岭侧成峰,远近高低各不同”。我们观察一个物体,随着观察位置的不同,物体的形状也不尽相同。地球围绕着太阳公转,一年之内走过了大约9.4亿公里。地球从太阳的这一边转到了另一边,两边的距离相差大约3亿公里。地球移动了这么大的距离,为什么北斗星看上去还是原来的形状呢?
在地球轨道的不同位置观察北斗星
其实这个问题很简单。北斗七星中距离地球最近的恒星也有78光年。一光年的距离大约94607亿公里。1光年的距离就有地球公转轨道周长的1万倍。地球围绕太阳移动的这段距离和北斗七星到地球的距离比起来实在是微不足道。我们是无法识别出北斗星的形状变化的。这就好比我们观察一座十几公里以外的大山,当我们平移100米再看这座大山时,它的轮廓还是没有发生变化一个道理。
远方的高山
不过,组成北斗星的七颗恒星各自以不同的速度和方向运动着,它们之间组合成的形状也在缓慢地发生着变化,10万年前、10万年后和现在的形状都是不同的。
北斗七星的形状变化
启明星的位置变化
启明星就是金星。金星在早晨出现的时候叫做启明星,在晚上出现的时候叫做长庚星。金星有时候会在早晨出现,有时候会在晚上出现。因此金星在天空中的位置是在不断变化的。所以,人们把金星叫做行星。
金星的运动
但是行星的运动变化是有规律可循的。在特定的时间点上,它们的位置也是基本不变的。其实道理很简单。因为它们都在各自固定的轨道上围绕着太阳公转。掌握了行星的运动规律,天文学家就可以准确地预测未来将要发生的天文现象。
欢迎关注兔斯基聊科学,一起聊一聊有趣的科学话题。