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四季星空讲义


星空区划和四季星空
§4.1 星空区划
一、国际通行的星空区划--88 个星座: 1922 年国际天文学会把星座的名称作了统一的界定, 规定全天有 88 个星座,星座里的恒星用希腊字母和数字标出。 1922 年国际天文学大会召开上根据近代天文观测成果,对历史上沿用的星座名称和范 围作了整合,取消了一些星座,最后确定全天星座为 88 个, (除了上述 86 个之

外,又把南 船座拆为船帆、船底、船尾 3 个星座,故总数为 88 个)其中北天 29 个,黄道 12 个,南天 47 个。并在 1928 年的国际天文联合会正式公布了这 88 个星座,同时规定以 1875 年的春分 点和赤道为基准的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界线,从此,88 个星座成为全球通 用的星空区划系统。 现行 88 个星座的名称中, 只有 5 个星座是 1922 年国际天文学大会命名的, 其它皆是沿 用过去的名称,其中,46 个是古代命名的,有 37 个是 17 世纪以后命名的。所有星座的名 称中约有一半是动物的名字,既有希腊神话中的动物,又有地理大发现以后新发现的动物; 另有 1/4 是神话人物的名字,其余 1/4 则是仪器和用具的名字。由于历史的原因,星座的排 列很不规则,范围亦不等,甚至差别悬殊。 星座内恒星的命名,一般采用星座名称加上拉丁字母(希腊字母),拉丁字母的顺序与 星座内恒星的亮度相对应(如天瓶座α 星、大熊座β 星等),但也有少数例外情况。(如双 子座中的β 星反而比α 星亮,可能古代的情况与现代不一样)。当 24 个拉丁(希腊)字母 用完之后,就用数字代替字母,通常数字是按恒星的赤经依次排列,如大熊座 80 星,等 等。 上述 88 个星座的拉丁名、符号、面积和星数以及有关的一些神话故事,在附录 5 中可以查到,在此,将 88 个星座按北天 29 个,黄道 12 个,南天 47 个的顺序列出。 北天星座:小熊、天龙、仙王、仙后、鹿豹、大熊、猎犬、牧夫、北冕、武仙、天琴、 天鹅、蝎虎、仙女、英仙、御夫、天猫、小狮、后发、巨蛇、盾牌、天鹰、天箭、狐狸、海 豚、小马、三角、飞马、蛇夫。 黄道带星座:双鱼、白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、 宝瓶。 南天星座:鲸鱼、波江、猎户、麒麟、小犬、长蛇、六分仪、巨爵、乌鸦、豺狼、南冕、 显微镜、天坛、望远镜、印第安、天燕、凤凰、时钟、绘架、船帆、南冕、圆规、南三角、 孔雀、南鱼、玉夫、天炉、雕具、天兔、天鸽、大犬、船尾、罗盘、唧筒、半人马、矩尺、 杜鹃、网罟、剑鱼、飞鱼、船底、苍蝇、南极、水蛇、山案、蝘蜓、天鹤。 二、星官(中国古代的星区划分) 1、三垣 紫微垣是三垣的中垣, 居于北天中央 。 它的天区大致相当于现今国际通用的小熊、 大熊、 天龙、猎犬、牧夫、武仙、仙王、仙后、英仙、鹿豹等星座。 太微垣是三垣的上垣,位居于紫微垣之下的东北方,北斗之南。它包含室女、后发、狮 子等星座的一部分。 天市垣是三垣的下垣,位居紫微垣之下的东南方向,大致相当于武仙、巨蛇、蛇夫等国 际通用星座的一部分

2、四象、二十八宿 ? 古代中国将黄道和天赤道附近的天区划分 为二十八个区域。月球每天经过一区,约 二十八天环天一周。 ? 二十八星宿按照东、西、南、北四个方位,分为四组,称为四象。 (青龙、白虎、朱 雀、玄武) ? 东方苍龙,青色:角、亢、氐、房、心、尾、箕; ? 北方玄武,黑色:斗、牛、女、虚、危、室、壁; ? 西方白虎,白色:奎、娄、胃、昴、毕、觜、参; ? 南方朱雀,红色:井、鬼、柳、星、张、翼、轸。 三、星图、星表、天球仪 1、 星图 2、 星表(在星云星团表中,现在常用的是以下三种:一是法国天文学家梅西叶在 1784 年 编制的星云星团表,称梅西叶表,用 M 表示,表中记有 110 个"星云星团",用数字编号 表示,如 M31,即仙女座大星云,经后人观测,在 110 个"星云星团"中,只有几个是真 正的星云,其它都是河外星系;二是丹麦天文学家德雷耶于 1888 年编制的星团星云总 表,简称 NGC 表,记有 7840 个星团星云;三是 IC 表,是 NGC 表的补充。 ( 3、 天球仪

§4.2 四季星空
一、星空分布大势
我们已经清楚,任何时候,整个星空都被地平圈一分为二,其中,有一半显露在地平以 上,是可见的;另一半则隐没在地平以下,是不可见的,二者相互交替变化。但是在地球上 位于不同区域的人,观察到的天区是不同的。例如我们所处的位置有两个天区看不到:一是 与太阳同升同落的天区, 因被阳光所淹没; 二是以南天极为中心的那块天区总是在地平面以 下,所以看不到,这块天区被称为恒隐星区,简称恒隐区。在恒隐区内的星称恒隐星,恒隐 区的边界称恒隐圈。相反,在此过程中以北天极为中心的那块天区都始终在地平面以上,这 块天区被称为恒显星区,简称恒显区。在恒显区里的星叫恒显星,恒显区的边界称恒显圈。 紫微垣基本上就是我国所处位置看到的恒显区。整个星空(天球)除恒隐区和恒显区外,就 是出没星区,那里的星有隐有显。不过,纬度越高,恒隐星区和恒显星区越大。纬度越低, 情况相反。如果在赤道上或两极地区,极端状况出现;两极只能看到恒显星,在赤道全部是 出没星,则在一整夜里可以巡视整个星空,视力好的人可以看到 6000 多颗星星。当然,与 太阳同升那块天区还是看不到的,若要看到那里的星辰,则要过一段时间,等太阳在黄道上 移动一段路程(其实是地球在轨道上走过了一段路程)之后,我们就可以看到它了。由此亦 可见,我们北半球的人是无缘看到南极地区上空的星辰的,如要看到,只能到南半球去。 二、星空的季节变化 恒星在天球上的位置是恒定不动的,太阳则不同,它以 1 年为周期,在恒星间自西向东不断 移动,每天大约东移 1°,这叫太阳的周年视运动,它是地球公转运动的反映。 我国古代正是利用这种变化来定季节的,即"斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;

斗柄西指,天下皆秋;斗柄北指,天下皆冬。"

三、星空变化的推算
星空的变化包括两个方面:一是由于地球自转所造成的周日变化,同一天,星空因时 刻而不同;二是由于地球公转造成太阳的周年视运动所导致的周年变化,同一时刻,星空因 季节而不同。星空变化的推算就是求知任何日期和任意时刻的星空状况。 恒星每天东升西落循环的周期是一个恒星日,如果用恒星时来表示,星空就只有周日 变化而没有季节变化,也就是说每天同一时刻的星象是完全相同的。根据第三章恒星时定 义: 即: 恒星时=春分点的时角=上点赤经=上中天恒星的赤经 可是, 人们平常所用的时间都是太阳时, 太阳每日东升西落循环的周期是一个太阳日。 由于太阳每天在黄道上东移约 1°, 恒星则相对太阳每日西移约 1°,这样,一个月西移 30°,三个月西移 90°(一个星区的范围),一年后西移 360°,恒星又回到原来与太阳的 相对位置上。如果以太阳时来表示,恒星出没和中天的时刻每天提早 4 分钟,一个月提早 2 h h 小时,三个月提早 6 小时。因此,月初 21 的星空,相当于月中 20 的星座,也相当于月末 h 19 的星空。 要推算任意日期和时刻的星空状况,只需求出该时刻(太阳时)所相当的恒星时即可。 具体方法是:首先记住每年秋分日这一天太阳时和恒星时相等,其次秋分日之后,恒星时时 刻每天比太阳时提早 4 分钟。即: 秋分日 恒星时=太阳时 秋分日之后 恒星时=太阳时+秋分日后推的天数×4 分钟 秋分日之前 恒星时=太阳时-秋分日前推的天数×4 分钟 四、四季星空 五、1. 春夜星空 春夜的星空是迷人的,银河从南出发,蜿蜒流向北方,中部略向西弯,银河以西的 几个冬夜星空的著名星座:金牛、猎户、大犬座由于接近西方地平面变得难以观测了。 处于银河之中的仙后,英仙,御夫星座不易见到。 在天顶以北,大熊座正在子午圈上,北斗七星当空高悬,几乎靠近天顶,斗柄指 向东方, 沿着勺的两颗星向北约五倍远可以找到北极星, 它是小熊座α 星, 中名勾陈一。 沿着斗柄连成的曲线延长出去,可以找到大角星;它是牧夫座的最亮的α 星、在东方半 空中闪耀着橙色的光辉。 把斗柄的曲线从大角星再延长一倍, 可以找到另一颗一等星角 宿一,它是室女座的α 星。这条始于斗柄,止于角宿一的大弧线,称为春季大曲线。牧 夫座的东边还有一个半圆形的北冕座。

向南看去,雄伟的狮子座正在天空中,它是春夜星空的中心,头部象反写的问号,尾 部象三角形,头西尾东,很象一只狮子。它的最亮α 星叫轩辕十四,位于黄道上,月亮和行 星经常运行到它的附近,狮子座的南面是横跨天空的长蛇座,头西尾东,已全部展现在天空 中,在长蛇座的尾部,角宿一的西南方,有小而易见的乌鸦座,多亮星。 狮子座的西南是巨蟹座, 是黄道十二星座之一, 其中还有一个肉眼可见的"蜂巢星 团"也叫"鬼星团"(即 M44)很著名。巨蟹座往西是黄道星座之一的双子座,几颗较亮 的星组成长方形,最亮的两颗星是北河三(b)和北河二(α )。 天空的东边天际, 夏夜星空的一些主要星座已经露头了。 在东北方天空有天琴座, 武仙座,在东南方天空的是黄道十二星座之一的天秤星座

2. 夏夜星空 夏夜的星空,银河横贯南北,气势磅礴,最引人注目的是银河一带的几个星座,织女星 和牛郎星在银河两"岸"放射光芒,织女星是天琴座 a 星,牛郎星也叫河鼓二,是天鹰座 a 星。在它们附近的银河中,有一个大而明显的天鹅座 a 星,中名叫天津四,它和牛郎星,织 女星构成夏季大三角形。 织女星的西邻是武仙座。 武仙座 h 星和 e 星之间有一个肉眼可见的 球状星团(M13)。武仙座的西边有 7 颗小星围成半圆形是美丽的北冕座,再往西就是牧夫 座,牧夫座中的亮星 a (大角)在高空中闪烁着橙色的光芒。 北天,大熊星座中的北斗七星正在西北方向的半空中,斗柄指南。用北斗二(b)和北 斗一(a)两星的连线延长就可以找到北极星。北极星是小熊座 a 星,中名也叫勾陈一,四

季星空出现的所有星座都年复一年地围绕着它转。小熊座的南面,是蜿蜒曲折的天龙座,它 正在子午圈上。天龙座的头部由 b、g、u、x 四星组成,是一个小四方形,它的附近有明亮 的织女星。 在南天正中是夏夜星空中的巨大而引人注目的天蝎座, 也是夏季的代表星座。 这个星座 由十几颗亮组成了一个头朝西,尾朝东的蝎子形。最亮的一等星心宿二(a),中名也叫大 火,有火红的颜色。心宿二也靠近黄道。天蝎座 a、d、t 三星和天鹰座 a、b、t 三星(我国 民间叫扁担星)在银河中遥遥相对,天蝎座的西边是天秤座,东边有著名的人马座。它们都 是黄道星座。人马座位于银河最明亮的部分,它的 y、j、t、x 等六颗星叫南斗六星,与西 北天空的北斗七星遥遥相对。 人马座部分的银河最为宽阔和明亮, 因为这是银河系中心的方 向。人马座,天蝎座北面有面积广大的球状星团(w 星团),我国南方地区容易看到。 夏夜星空的西方, 狮子、 乌鸦等星座将要下沉。 东方天际又迎来了秋季星空的仙女、 飞马等主要星座。

3.秋夜星空 飞马当空,银河斜挂,这是秋夜星空的象征,北斗的斗柄指西,但接近北方的地平线, 不易见到。在东北地平线上的亮星是御夫座的五车二(a),顺着银河往上就是英仙、仙后 和仙王等星座。用仙后座 e、d、γ 三亮星夹角的平分线延伸也可以找到北极星。英仙座 b 星,中名大陵五,是一颗著名的食变星。仙王座 d 星,中名造父一,是一颗著名的造父型变 星。西边天空中的牧夫、蛇夫等星座正在西沉。人马座在西南低空中正在和我们告别。那些

夏夜明亮的星座, 只有天琴、 天鹰、 天鹅等星座仍然闪耀在高空中。 天鹰附近有两个小星座, 靠东的是海豚座,靠西是天箭座。 秋夜星空中最引人注意的是出现在高空的飞马座,它的大四边形由 a、b、g 和仙女座的 a 星组成著名的秋季四边形,是显而易见,十分著名的。飞马 b 和 a 和连线的向北延长,直 指北极星,向南延长指向南鱼座的亮星北落师门(a)。南鱼座北面的摩羯、宝瓶座,均缺 少亮星, 不易辩认。 用天鹰座的γ 、 a、b 三星的连线往南延长,即可找到摩羯座的 a、 b 星, 宝瓶座的东北有双鱼和白羊座,它们都是黄道星座。双鱼座的南面是鲸鱼座,它的 q 星,中 名萏蒿增二,是一颗有名的变星。和飞马座的大四边形紧密相连的是仙女座,在仙女座 b 星的北面有一个肉眼能见的河外星系(M31),也叫仙女座大星云。 再回顾东方地平,昴星团已经出现了,它将越升越高,在它后面升起来的将是冬夜 星空中的灿烂星群。

4.冬夜星空 冬夜的星空是壮丽的! 全天最著名的猎户座是冬夜星空的中心, 它的周围有许多明亮的星 座和它组成了一幅光彩夺目的星空形象。 冬夜银河的位置与秋夜的正好相反, 由东南向西北斜挂天穹, 著名的大犬、 猎户、 双子、 金牛、御夫、英仙、仙后星座均由东南向西北依次排列在银河的周围。 位于北方的北斗七星正在升起, 斗柄朝下, 指向北方, 正是"斗柄北指, 天下皆冬"。 隔着北极星和北斗相对的是仙王、仙后座。西北地平线上,天鹅座的大部分看不见了,

只有天津四在低空中微露光茫。御夫座的一等星五车二(a),靠近天顶,在高空中放 射着明亮的光辉。御夫座的 t、a、b、q 和金牛座 b 星组成一个大五边形,在银河中明 显可见,飞马座的大四边形也渐渐转向西方低空,向南看去,壮丽的猎户座正是冬夜的 中心。它由 a、γ 、b,k 四星组成一个长方形,被想象成一个勇敢的猎人,l 星为头, a、γ 为肩,k、b 为两脚,中间有排列整齐的 d、e、x 三颗星,好象猎人的腰带,这三 颗星我国民间把它叫做三星。在三星下方不远处,有一个肉眼可的气体星云,就是著名 的猎户座大星云。把三星连线向右上方延长,指向金牛座,这个星座中有一颗一等星叫 毕宿五(a),和附近小星组成一个 V 形,叫毕星团,再往上有一簇明亮的小星叫昴星 团,也叫七姐妹星团,现在肉眼只能看到六颗星。金牛的东边是双子座,最亮的两颗星 是北河三 (b) 和北河二 (a) , 它们都属黄道上的星座和亮星。 双子座的下方是小犬座, 最亮的星叫南河三(a)。从三星连线向下方延长,那里有一颗全天最亮的天狼星(大 犬座 a 星)闪耀着灿烂夺目的光辉。南河三、参宿四和天狼星构成冬季大三角。

额外补充 1: 星系的谱线红移

大约在 1917 年.美国天文学家斯莱弗发现河外星系谱线有系统地向红端移动,这种红 移随星系距离的增加而变大。 观测表明除了少数近距离星系外, 其它河外天体谱线都有红移, 而且用射电方法测定的红移与可见光波段一致。 星系的红移主要是由于离开观测者引起的多普勒速度红移,即:V=cZ=c△λ /λ 0, 式中 c 为光速。1929 年,美国天文学家哈勃发现河外星系的视向退行速度 V 与距离 D 成 正比,距离越大,视向退行速度也越大,即:V=HD 式中 H 为一常数,即"哈勃常数",这个速度--距离的线性关系就叫做"哈勃定律"。目前 公认,对于正常星系,哈勃定律基本上是成立的,D=V/H=cZ/H。即星系的红移量与距离成 正比的规律。如果用星系退行的多普勒效应来解释红移,则得出退行速度与距离成正比,即 哈勃定律。哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的,从任何一个星系出发,一切星系都以它为中 心向四面散开,越远的星系退行越快。

额外补充 2: 把公元纪年换算成干支纪年
干支序号表 序号 天干 地支 0 庚 申 1 辛 酉 2 壬 戌 3 癸 亥 4 甲 子 5 乙 丑 6 丙 寅 7 丁 卯 8 戊 辰 9 己 巳 午 未 10 11

首先,对天干和地支分别给以序号(如表 3.8)。对于任一公元年数:天干序号=公元年尾 数;地支序号=(公元年数÷12)的余数。 例如:求公元 2005 年的干支。 解:天干序号=5,由表 3.8 查出天干为乙; 地支序号=2005÷12 的余数为 1,由表 3.8 查出地支为酉; 所以公元 2005 年为乙酉年。

二号通知内容提示: 为了更好的达到通过比赛促进科普的目的, 这里给出高年和低 年“观测与应用题”涉及到的部分内容。 高年组:彗星、近期天象、北天四季星空常见星座、天象模拟软件/网站(Stellarium, Heavens-above 或 Calsky) 、天体的概念(恒星光谱与分类、各种变星、各种星系) 、星 等、原子光谱、谱线红移、哈勃定律、常见天文滤光片(巴德膜、U、B、V 滤镜、UHC 滤镜、Ha 滤镜等)及其用途、恒星的色指数。


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