北极星也在移动？它竟然还是个三体？

围绕北极星“旋转”的星空。

北极星，又名“北方之星”

北极星（英语Polaris），也称为“北方之星”（英语the North Star），似乎固定在我们北方的天空中。

它标志着北天极的位置——整个北天球都围绕着这个点转动——这就是为什么您始终可以使用北极星来确定正北方向的原因。

上边这三幅模拟图例，

显示在北半球某些固定位置

所见到的恒星运动 ，

左上方的一幅指向天球北极方向

（您会发现其实

北极星并不是完全固定不动的），

右上方及下方的两幅分别指向南方及东方 。

北极星几乎永远不移动，

但它又确实在移动。

如果您定时拍下它的照片，您会发现它每天都在精确地围绕着北天极的那个点，划着自己的小圆圈。

这是因为北极星与天上的正北方还是有一点点偏移——角距离大约0.65度。

因此，北极星每天的轨迹都会形成一个直径为1.3度角距离的圆。

大约100年后，它与北天极的最近角距离将仅为0.45度，而到那时它每天轨迹的直径将仅为0.90度角距离。

这种超级缓慢的“运动”——或者从北极星角度来说，基本不动——是从何而来的呢？

它来自地球的自转——地球每天自转一次，这导致白天的太阳、晚上的星星都从东边升起，在西边落下。

但北极星是个特例，因为它几乎正好位于地球自转轴北极的上方，所以它就像天空这个巨大轮子的轮轴似的，并不会每天上升或下降——相反，它似乎永远固定在北方的天空中。

它在天空里的仰角有多高？

如图，随着观测者从赤道走向北极，

所处位置测量的北极星

与地平面夹角θ1逐步增大，

而与地心连线和赤道的夹角θ2保持一致。

北极星不仅指向正北方，而且它在北方天空中的仰角高度也与您在地球上的纬度相同。

在古代的跨洋航海中，由于远离陆地，找不到山川岛屿作为定位标记。航海家就可以通过测量北极星高度的方法来确定航线。

例如：

如果您在北纬16°的加勒比海航行，北极星将在您的天空中大约16°高。

如果您在北纬44°的加拿大新斯科舍省航行，那么北极星在您北方天空中的高度将约为44°。

地球上的纬度，每向北或向南1度，相当于地面上的纬线距离相差111公里——因此向北或向南行驶每1110公里，将使您所在的纬度和北极星的仰角同时改变10度。

26,000年的岁差周期，

导致北天极相对于背景恒星逆时针移动，

而离北天极最近的那颗星

叫做“北极星”（Polaris）。

轮流当“北极星”

被称为“岁差”（Precession，即物理学的“进动”现象）的地球运动，导致我们的地轴每26,000年在天球上描绘出一个假想的圆圈。

几千年前，当金字塔从古埃及的沙地上拔地而起时， 当时的“前任北极星”是天龙座中一颗不起眼的星，名叫“天龙座α”，中国古代称之为“右枢”。

而距今再过12000年后，天琴座中的蓝白色织女星（即“天琴座α”）将是一颗比“现任北极星”（即“小熊座α”）更明亮的“下一任北极星”。

总而言之，在不同的时间段里，“北极星”是不同的恒星。

注：

岁差（axial precession），在天文学中是指一个天体的自转轴指向因为万有引力作用导致在空间中缓慢且连续的变化。

例如，地球自转轴的方向逐渐漂移，追踪它摇摆的顶部，以大约26,000年的周期扫掠出一个圆锥（在占星学称为大年或柏拉图年）。由于这个现象，多年以前现在的北极星（小熊座α）并不是地轴当时的指向，多年以后也不再是了。

而北极星之所以始终在正北方，其实是因为我们人类一直在把“距离北天极最近的亮星”（英语the North Star，意即“北方之星”）称为“北极星”（英语Polaris）。

我们现在的北极星，以前希腊语叫Phoenice，意为“可爱的北方之光”；盎格鲁·萨克森人称之为“船星”（Scip-steorra）；早期的英国水手把它当作“航海之星”（Steering Star）。。。这样不同的叫法还有很多很多，都表明了历史上这颗星的重要性。

它是天空中第49颗最亮的恒星——但它不是以亮度著称，而是以其在天空中的独特位置而闻名。

星桥法寻找北极星

我国古代称“北极星”

为“紫微”或“北辰”。

成语“北辰星拱”

出自孔子《论语·为政》：

“譬如北辰居其所而众星共之。”

意思是：北极星高悬不动，群星环绕，比喻受人拥戴的人——这也同样说明了这颗星独一无二的重要性。

而这颗现任北极星，我国古代称之为“勾陈一”。

“现任北极星”是个三体系统

顺便说一下，现在的北极星（“勾陈一”，也即“小熊座α”）距离我们大约433光年，它其实是一个三合星系统（也就是“三体”系统），由“北极星A”、“北极星Ab”和“北极星B”组成。

1780年，威廉·赫歇尔通过小型望远镜最早发现了“北极星A”的一颗伴星“北极星B”，北极星A和北极星B的运行周期约4万年。

1929年，约瑟夫·摩尔通过光谱分析发现了另外一颗更近的伴星“北极星Ab”，北极星Ab亮度约是北极星B的一半，而北极星A的亮度则是它的700倍，因此它被淹没在北极星A的光辉中。

这个三体系统中我们肉眼可见的只有“北极星A”，而“北极星B”离它更远——北极星B与北极星A的轨道距离约为2400天文单位（如上图所示）。

“自行”运动

北极星——就像所有的星星一样——一直在持续运动着。

所有这些恒星都在太空中移动，但它们距离太远，我们无法轻易看到它们彼此相对移动——这就是为什么星星看起来彼此相对固定的原因。

因此我们看到的绝大多数星座的样子，与我们的祖先看到的也是一模一样。

同样道理，因为北极星与地球的距离非常远，所以在地球北半球的任何地点观察北极星，观察者的视线都近乎平行于地球自转轴——所以北极星看起来像是被钉子钉在了天空中的北天极附近。

但随着时间的推移，有一种称为“自行”（proper motion）的运动会重新排列恒星在天空中的位置。

对于北极星来说，这种运动很微小，1000年里产生的角距离大约只有46角秒——从地球上看，这大约只是满月直径的1/40。

因此，当您谈论星星移动或静止时，请记住它们都一直在浩瀚的太空中移动——只是人类寿命相对太短了，使我们无法看到这一宏大的运动过程。

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