天文辅导材料2(四季星空)

专题二四季星空
星空是天文爱好者了解宇宙的窗口。

季节的变换也反映在星空之中。

在开始星空之旅之前，我们需要了解一些预备知识。

1．天体的距离尺度与视亮度的衡量方法
1.1 天体的空间距离（中）
在太阳系内，我们一般用天文单位（AU）来计量天体之间的距离。

天文学家把地球到太阳的平均距离定为1个天文单位。

根据2012年8月在北京召开的第28届IAU大会的决议，1AU=1.496亿Km。

有时，可以简略地认为1AU=1.5亿Km。

衡量恒星之间的距离，或星系之间的距离，我们常用光年（ly）。

1光年是指光线在1个儒略年（365.25日）的时间里所通过的直线距离，约为9.46万亿km。

比如距离太阳最近的恒星半人马座的比邻星距离我们4.22光年。

仙女座星系距离我们约250万光年。

还有一种距离单位叫做秒差距（pc）。

1秒差距相当于206265AU。

▲例1-1：请用科学计数法表示以下数量：
1AU=________________km，1ly=_________________km。

1ly=____________AU，1pc=____________ly。

1.2 用角距离衡量天体的距离（易）
在天球上，天体之间的距离是用角度衡量的。

比如秋季星空中的“秋季四边形”，四边形的对角线上两颗恒星的角距离约为20°。

有一种粗略的估计角距离的方法：把你的一只手举平伸直，然后将手掌竖起在眼睛前方。

闭上一只眼睛，用另一只眼睛和手与要测量的星星比较，就可以大致得出天体之间的角距离了。

小指的宽度约相当于1°，拇指的宽度约是2°，拳头的宽度约为10°，张开五指，拇指与小指之间的宽度约为20°—25°。

◆例2-1：显微镜座距离地球的距离是（）。

A．小于20光年 B．33光年 C．大于50光年 D．没有意义
◇解:星座是一个范围概念,指示恒星位于天球上某个特定的区域。

在该区域内的恒星有远有近,因此说“某某星座距离地球有多少光年”没有任何意义。

答案选D。

1.3天体的亮度与星等（中）
视星等，是指人们用肉眼所看到的星等。

视星等是表示宇宙中肉眼可见星星的亮度，数值越小亮度越高，反之越暗。

天上的繁星有明有暗，人们用星等表示天体的亮度。

例如：在地球上看，太阳是最明亮的天体。

经过计算，它的视星等为-26.7星等。

满月是-13星等。

有时为了简略，也可以叫“等”。

如：金星最亮时为-4.7等。

太阳以外最亮的恒星是天狼星，视亮度为-1.4等。

狮子座的轩辕十四是1.3等的恒星。

金牛座的昴星团约为1.6等。

肉眼所见的最远天体——仙女座星系（梅西耶星表第31号天体，所以又叫M31）为3.4等。

肉眼所见的天体最暗为6.5等。

公元1054年超新星爆发的遗迹——金牛座的蟹状星云（M1）为肉眼所不能看到的8等。

镜面直径（口径）8米的巨型光学望远镜的极限星等达到25等以上。

根据计算，1等星的亮度要比6等星亮100倍，即m等星比m+1等星亮2.512倍。

◆例2-2：A星视星等值比B星小10等，它的亮度是B的（）倍.
A 10000
B 100
C 10
D 1/10000
◇解：视星等的数值越小则亮度越大，所以D选项是错的。

视星等每相差5等，亮度相差100倍。

而本题相差10等，则亮度相差1002倍，即10000倍。

故选择A。

1.4 绝对星等（难）
是不是越靠近地球的恒星越明亮呢？这可不一定呢。

比如仙女座星系看起来比织女星暗，但它的实际发光能力比银河系要大得多。

天文学家为了衡量恒星真实发光能力（光度），我们引入绝对星等这个概念。

具体做法是：把要比较光度的恒星“移动到”10秒差距（32.6光年）的位置，运用计算公式，得出它们在那个位置的视星等，这样就可以进行比较了。

绝对星等与视星等的换算关系（推导从略，可查阅书籍）：M=m+5-5lgR 其中R为恒星距离，以秒差距为单位，或者写成
M=m+5lg(d0/d),此处d0为10秒差距，即绝对星等的标准距离
◆例2-3：已知织女星的视星等为0等，织女星距离地球7.67秒差距，求织女星的绝对星等。

◇解：将视星等m=0，距离d=7.67pc代入距离模数公式 M=m+5-5lgd……（1），有：M=0+5-5lg(7.67pc)，解得：M=0.576。

◆例2-4：已知太阳的视星等为-26.7等，求太阳的绝对星等。

◇解：1秒差距＝206265天文单位，取其倒数代入（1）式，又将m=﹣26.7等代入（1）式，解得：M=4.8。

（注：太阳的绝对星等是一个常用的数据）2．拱极星区（北半球）
北极星是地轴（自转轴）指向的那颗恒
星。

北半球的人们可以通过北极星找到北
方。

这里通过说明寻找北极星的方法，顺带
介绍北半球拱极星区的知识。

值得注意的是，目前的北极星是小熊座
的最亮星勾陈一（α UMi）。

但由于地轴并
不是永远指向一个方向。

所以北极星的“称
号”不会永远被勾陈一所占据。

公元14000
年前后，北极星将是织女星。

2.1 用北斗七星找北极星（易）
北斗七星是大熊星座的一部分（中、西星名对照参见右表）。

天枢、天璇、天玑和天权所形成的四变形是北斗的“斗勺”。

玉衡、开阳和摇光是北斗的“斗柄”。

关于北斗的详细介绍详见2.3节。

观察图2-3，找到“斗勺”处的天枢和天璇两星。

以两颗星的角距离为1倍距离，把它们的连线向北延伸5北倍的距离，就可以找到北极星了。

2.2 用仙后座找北极星（易）
我国的南方，秋天的上半夜，北
斗落入了地平线以下。

在这个时候，
我们可以用仙后座来寻找北极星。

仙后座中最亮的β、α、γ、δ
和ε五颗星构成了一个英文字母
“M”或“W”的形状，这是仙后座最
显著的标志。

我们可以连接δ星和ε与γ星的中点，向北延伸，就能找到北极星了。

2.3 利用北斗七星辨认季节（易）
古籍《鹖冠子》说：“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。

”证明古人已经注意到北斗七星在不同季节的同一时刻（古籍中具体所指的是上半夜）的位置是不同的。

由此，当我们知道季节时，可以用斗柄的指向来判断方向。

若我们知道方向，则可以反过来推算季节。

3．春季星空
春季星空观察要领：当我们向北方观测时，看到北斗的斗柄指示着东方，斗勺向下指着北极星。

当我们向南方观测时，狮子座几乎位于天顶，它的头部和胸部由6颗明亮的恒星组成，形似一把镰刀。

镰刀的刀柄处正是狮子座的最亮星——轩辕十四熠熠生辉。

狮子的后脚由3颗亮星组成，其中以五帝座一最明亮。

狮子座的东面是牧夫座，牧夫座的最亮星是大角。

狮子座的东南面是室女座，室女座的最亮星是角宿一。

五帝座一、大角和角宿一所构成的三角形被称为“春季大三角”。

狮
子座的下方是长蛇座，长蛇座周围的天空比较单调。

4．夏季星空
夏季星空观察要领：我们面向北方，看到斗柄指示着南方。

天龙座盘绕在小熊座的周围。

仙王座出现在东北方的地平线上。

武仙座位于天顶附近，星座内有由4颗星组成一个梯形，西方人称之为拱顶石。

从武仙座向东方望去，可以找到组成“夏季大三角”的3颗亮星——天琴座的织女一（织女星）、天鹰座的河鼓二（牛
郎星）和天鹅座的天津四。

银河正好从这个三角形中穿过。

从武仙座往南方望去，
可以看到蛇夫座和巨蛇座。

再往南是形状如同蝎子一般的天蝎座，那颗红色的心宿二（黄道“四大天王”之一）格外引人注目。

天蝎座的东边是人马座，南斗六星就位于这里，西方人则把人马座想象成一个茶壶的形状。

银河系的中心就位于人马
座，那里恒星异常密集。

春季的牧夫座、室女座还在西方的天空闪烁着。

5．秋季星空
秋季星空观察要领：我们向北方观察时，北斗已沉入地平线，仙后座高挂星空。

以仙后座为中心，仙王座在西，仙女座在南，英仙座在东，组成了一个“星座的王族”。

在天顶附近，仙女座的最亮星——壁宿二和飞马座的三颗亮星一起构成了一个四边形，被称为“秋季四边形”。

四边形大致可以指示东南西北四个方向，因此成为了秋季主要的星空标志。

秋季我们把头转向南面时，可以找到孤悬于天际的亮星——南鱼座北落师门（也是黄道“四大天王”之一）。

在飞马座与南鱼座之间是黄道带上的星座，自西向东分别为摩羯座、宝瓶座和双鱼座。

可惜星星并不明
亮。

从北落师门向东望去，可以找到鲸鱼座的最亮星土司空。

6．冬季星空
冬季星空观察要领：我们向北方观察时，北斗位于北极星的东侧。

W形的仙后座在北极星的西侧。

仙王座位于仙后座的下方。

御夫座犹如一个五边形出现在天顶的附近。

我们面向南方时，则会看到威武壮观的猎户座。

俗语说得好，“三星正南，家家拜年”。

三星是指猎户腰带上的三颗亮星。

腰带以南的亮星是参宿七，以北是参宿四。

它和大犬座的天狼星，以及小犬座的南河三组成了“冬季大三角”。

银河也刚好经过这个三角形。

猎户座的南方有大犬座、天兔座和波江座。

大犬座再往南，可以找到船尾座和船底座。

船底座的最亮星是老人星，它是仅次于天狼星的全天第2亮星。

猎户座的西北是金牛座的位置，东北是双子座，它们都是黄道星座。

东方的地平线上已出现了狮子座。

而秋季四边形还留在西方地平线上。

7．恒星的命名（易）
如何给恒星命名呢？天文学家会告诉我们许多方法。

比如中国古代把斗柄中间的那颗恒星称为“开阳”。

古代的阿拉伯人则将开阳称为Alkaid。

后来，欧洲人继承了大部分阿拉伯人所命名的恒星名称，于是在西方文献中，开阳就叫Alkaid了。

在专业的天文书籍里，开阳写作：ζ UMa。

原
来天文学家喜欢用希腊字母来命名星座中明亮的恒星，其法则是先写希腊字母，然后加空格，最后写星座的3字母缩写。

UMa是大熊座（Ursa Major）的缩写。

视力好的人会发现开阳旁边还有一颗比较暗的恒星，中文称之为“辅”。

西方人则称它叫Alcor。

而它的学名则是80 UMa。

9．不同纬度下的星空（中）
在我国南方冬季的夜晚，可以看到船底座的最亮星——老人星（赤纬：﹣52°42′）。

但在华北、东北地区就不能看到老人星了。

这是为什么呢？原来天体能否被看到，不仅与它在天球的赤纬有关，还与观测者的地理纬度有关。

9.1 极地地区的星空
在地球的南、北极地区看到所有天体都平行于地平圈做圆形的运动。

在北极地区一般只能看到天赤道以北的天体，在南极地区一般只能看到天赤道以南的天体。