被科普了,一直以为北极星是固定一颗星!

文化   2024-11-17 11:11   江苏  

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01
北极星之所以一直处于地球的正北方,是因为:

首先,因为地球在沿着一个轴自转。

其次,人类把这个自转轴的指向定义为了南北,位于地球正北方的那颗星星,才叫北极星。

也就是说,北极星并不是某颗星星的名字,而是一个职位。

所以,地轴对着哪,哪就是北。而地轴的方向上,我们总能在附近找到可见的星星,这颗星星就是北极星。

02
现在的北极星,其实大名叫勾陈一。

当某一天,由于地球进动,地轴偏转,不再指向勾陈一的时候,北极星就会换人。

北天极附近亮星众多,竞争十分激烈,最快几百年就会换星。

勾陈一,在公元1200年左右的时候,才成为北极星。

再有500年,北极星的名号就会被勾陈五夺走。

不过,勾陈五的星等只有4.3等,很是暗淡。在城市里的小伙伴可能很难看见北极星了。


03
史上最暗的北极星,是隋唐时期的北极五,只有5.3等,晴朗的夜晚都很难看到。

史上最亮北极星,是织女星,是一万两千年前的北极星,下一任任期在13500年之后。

古代最有名气的北极星,是北极二,在星官成型的年代(公元前1200年),它是当时的北极星,所有恒星都围绕着它旋转,因此被称为紫微星,又叫帝星。

04
有人问:北斗七星不是可以找到北极星吗?那北极星换人了,这个方法怎么办?

实际上,因为恒星的相对位置是固定的(恒星实际上是在移动的,但是非常缓慢,千八百年的维度上也不太看得出来变化),所谓的北斗七星找北极星的方法,实际上是北斗七星找勾陈一的方法。

只不过,目前的北极星恰好就是勾陈一而已。

等勾陈一卸任了,这个方法依然能找到勾陈一,但想要找到新的北极星,就得新的方法了。

一句话,星星没有变,变的是我们(地球)
05
当然,北极星也不是一直都存在的。

前面提到了,北极星竞争很激烈,在前后两万年的跨度内,北极星候选星有20多颗。

不过,在公元前2万年,没有任何一颗亮星在北极点附近。

北极点只能靠天钩八和上卫增一连线的中点来识别。

公元5500年的时候,这种情况会再次发生,并持续800年左右。


06
北极星会换的原因,是因为地球进动,地轴偏转导致的。周期约为25700年。

地球进动的原因,是太阳与月亮共同的引力作用,导致地轴无法维持一个固定的指向。

地轴会在一个圆锥面上缓慢移动(可以想象一下陀螺在快要停下来时的那种摆动,虽然原理不同,但是看上去就是那个样子)

下图中的大黄圈就是极轴的运动轨迹,数字代表年份:


正上方的勾陈一,就是我们现在的北极星,它将在2102年最接近北极点,达到了89°32′23″;如果考虑地球章动和光行差,它将在2100年达到目视赤纬最大值:89°32′50.62″。

另外,“最暗北极星”北极五,由于太暗了,图里并没有标记出来,我用小黄圈标记了大致的位置。

07
有北极星当然也有南极星。

南极星的知名度低,是因为南极点附近没什么亮星。

大多数时期,南极星都暗到观测都很困难,更别提用它来指示方向了。

如现在的南极星,南极座σ,视星等只有5.47等。

在观测条件很好的地方,都不那么容易看见。

目前一般用南十字星座来确定南极点。

公元前3000年,水委一是南极星。水委一是全天排名第九位的一等星。不过,现在水委一已经远离南极点30多度了。

12000年后,也就是公元14000年,老人星会成为南极星。老人星是全天第二亮的恒星,仅次于天狼星。

PS:
老人星也是中国古文化中的“南极星”,“南极仙翁”说的就是它。

不过,它得到这个名号不是因为它在南极点附近,而是它属于中国星官系统中的“南方朱雀”,本身十分偏南,又特别明亮,便获得了“南极星”的称号。

这只是为了跟“北极星”相对应,是一个文化意义上的称号,而没有天文学上的意义。

12000年之后,它才能“名副其实”。

天狼星将在公元66270年成为史上最亮南极星。

它目前并不在上图中,因为它还得再花上几万年,才能跑到(自行)南极点附近。

08
问:公转会不会影响北极星指向?

答:有影响,但不多(约等于没有)

公转会造成视差。也就是地球在公转轨道的两边时,看到的星空是不一样的。不过,因为相对于地球公转轨道而言,恒星实在太远太远了,所以视差非常非常的小,只能用精密仪器测量,肉眼是看不出来的。

实际上,三角视差法是最经典,也最精确的测量恒星距离的方法。
不过,只能用于测量较近的恒星,超过100光年的恒星,视差会小到仪器也无法分辨。

09
问:恒星运动会影响北极星的更换吗?

答:会,但是咱们看不出来(人生转瞬呀~)

其实所有恒星都在高速运动,包括太阳。

从我们的角度观察的话,就是天上的恒星其实一直在动,天文学上叫自行。

不过,还是因为距离遥远的缘故,恒星自行并不明显,要放在万年的尺度上才能观察到变化。

以跑得快闻名的大角星,也得2000年才能移动1°的距离,差不多是两个月面距离那么远。

自行速度最快的恒星是巴纳德星,200年就能移动1°。不过它是颗红矮星,目视星等只有9.54等,肉眼不可见。

现在的北极星勾陈一,在最接近北极点的时候,能到达89°多。但等2万多年之后它的下一任任期时,因为自行的缘故,只能到达87°左右的位置。

把眼光放在更长的尺度上的话(比如百万年),有的北极星会因远离北极点而退休,也会有新的星星因为靠近北极点而入职。

这也是一种斗转星移呢。

10

问:地球不是在自转吗?那加上进动是怎么个转法?进动不会影响地轴的偏转角度吗?

答:进动并不影响黄赤交角。地球的运动轨迹其实很复杂,不是简单的一边旋转(自转)一边跑(公转)

为了便于大家理解,用陀螺的旋转类比一下。

大家可以想象,
一张桌子上有一个正在旋转的陀螺。

这个桌面就相当于地球的公转轨道面(黄道面)

陀螺如果转的正,陀螺尖应该是一直向上的,但如果这个陀螺轴是歪的话,陀螺尖就不会指向一个点了,而是变成了一个圆面。

陀螺轴是倾斜着的,跟桌面保持了一个夹角(对应就是地轴与黄道面的夹角,66°34′),这个陀螺尖画出来的圆面,就对应了上面图里那个大黄圈。

这时候,陀螺是在进行两种圆周运动:

一种是本身在不停旋转(自转),另一种就是陀螺的轴在画圈(进动)

看图就能知道,陀螺在运动的时候,它与桌面的夹角并不会变化。因此,进动并不影响黄赤交角。


不过,进动是非常缓慢的。

25700年才能转一圈。

另外,地球还有章动(简单理解就是地轴在微微的抖动),不过章动角度很小,不会影响北极星的指向。

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只为苍生说人话,不为权贵唱赞歌!本号主编为前著名记者,历史研究者,宽容、睿智、深度、有思想。
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