帆船水手需要理解的天文学 - 体育资讯(世良情感网)

对于想要学习天文导航的帆船水手，理解日月星辰是怎样运行的非常重要。你至少要对天球的概念有所了解，知道恒星、行星、太阳和月亮是怎样在天球上运动的，还有天球相对于我们——地球上的观察者，又是怎样运动的。

地球是宇宙的中心！

没错，虽然哥白尼在1543年就提出了日心说，但是学习天文导航的我们，依然“坚定地信奉”地心说——地球是宇宙的中心！毕竟，我们帆船水手只在地球的水层表面导航，只是地球表面上的一个普通的观察者，如果我们把地球想象成宇宙的中心，有一个“天球（celestial globe）”正在围绕地球上的观察者转动，一切都会容易理解很多。

买一个天球仪吧！你会对日月星辰的运动，拥有更直观的理解。这是一个很好的学习辅助工具。

天球——宇宙的坐标系

天球，是一个想象的球体，地球上的观察者站在中央，大地平面把目光所及的宇宙，分成上下两个半球。这个想象的球体，就是天球。

这当然是一个听上去很任性的模型。我们现在只考虑恒星（star）：在我们的天球视野中，它们都是固定在天球之上的恒定不动的点，所以才称之为恒星。记住，是恒星，让我们看到了天球，恒星相对天球静止不动。而天球则围绕地球上的观察者转动，转轴分别在北极和南极的上空（北天极和南天体），每24小时转一圈，所以我们才看到了恒星的东升西落。天球更像是地球经纬线在天空中的投影，其中地球赤道在天球上的投影，我们称之为天赤道。南北两极的投影是北天体和南天极。

观察者眼中的天球，注意天球以南北两极为轴，每24小时转一圈；天球之上，日月星辰各司其位，在24小时的时间里几乎相对于天球静止不动（但是日间久了，日、月、行星就会动起来，只有恒星不动），但相对于观察者却是在画圆。

不同纬度看到的天球

这带来两个问题。首先，对不同纬度的观察者，天球的运动方式不同。赤道、中纬度和南北两极的观察者，看到的天球运动方式——准确地说，是天球的转动支轴——不同。赤道的观察者，看到天球是“躺平”的，轴心分别对应地平线上的正南、正北两个方向，一年中的每天都是如此，不会随季节变化。中纬度的观察者，发现天球的转轴是与大地平面倾斜的，天球的一个轴点正对北极星，另一个轴点看不到，它是在地平面以下。而北极的观察者，发现天球上的繁星，围绕着自己做水平360度转动，只有头顶上的北极星静止不动——他更有理由认为自己是站在宇宙中的中央！

站在北极的观察者看到的天球运动

站在中纬度地区的观察者看到的天球运动

站在赤道的观察者看到的天球运动

其次，太阳、月亮和行星，开始在天球上穿梭，运动了起来，因此它们的运动方式就复杂了。为了应对这种复杂性，航海天文历上完全不考虑它们的轨迹，只给出了每分钟每秒时刻它们的时角（hour angle）——相对于伦敦本初子午线的角度。这个角度在24小时之内变化360度（地球自转一周，或者说天球围绕观察者转动一周）。

永远静止的北极星

北极星在天球的中央几乎静止不动，虽然天文历上给出了一些月份修正值，但这些修正值太小了，基本可以忽略。你可以认为北极星静止于北极的上空完全不动，它的高度，即是观察者所在的纬度。因此，赤道测量的北极星高度是0度；北极测量的北极星高度是90度，就在正头顶——天文学上叫天顶（Zenith）。

某一个夜晚天空的延时摄影，斗转星移，所有星辰（包括日月）都围绕北极星转圈。所以在古代，北极星又被称为紫微星，代表着皇帝。

考虑进太阳

既然天球的转动是最有规律的，所有恒星在天球上静止不动的，而太阳——我们所在的太阳系的主恒星——是在天球上运动的！而且太阳一年在天球上转一圈，更复杂的是，太阳在地球上的运行轨道竟然不是在天赤道上（也就意味着太阳不会一年总是直射赤道，谢天谢地！）。太阳在天球上的运动轨迹，被称为黄道（Ecliptic）。黄道平面与赤道平面之间有一个夹角，称为黄赤交角，正好是23.5度。（好像和南北回归线的纬度一样，你说怪不怪？）

黄道与赤道的交点——春分与秋分

每年有两个时刻，太阳会直射赤道，分别称为春分与秋分。我们水手对夏至、冬至不感兴趣，但对春分很感兴趣。今年的春分所在位置，（2023年是在双鱼座），画一条天空中的经线，这根“经线”被称为春分时圈。这个圈（半圆）在天球上的位置，当年可以视为是不动的。我们把春分时圈与天赤道的交点——春分点作为参考点，给天球上所有的恒星定出一个坐标，横坐标（顺着天赤道测量）称为赤经，纵坐标（顺着春分时圈的方向测量）称为赤纬。显然，由于春分点是不动的，至少在今年，每一个恒星的赤经和赤纬，是不变的。虽然每天晚上，它们会随着天球一起围绕我们做视运动。（这个以春分时圈和赤道作为横纵两轴的坐标系，称为赤道坐标系，这是题外话了：我们不是天文学家，只是帆船水手，其他还有什么坐标系与我们无关。）

闲逛的太阳

不要以为每年的黄道都是一样的。虽然，23.5度的黄赤交角不会变化，然是太阳运动的每年的春分点，都较上一年有一点稍微的偏离。在托勒密（古希腊）的时代，春分点是在白羊座（Aries），这个星座用符号♈︎表示，因此，后人一直沿用了这个习惯，用♈︎表示春分点。两千多年后的今天，它已经移动到了双鱼座。那要经过多少年，春分点分才能在天赤道上转一圈呢？2万6千年！一年的变化量，其实真得可以忽略不计。在我们有限的生命里，你就把春分当作固定不动的吧。

不同年代的春分点的位置，从公元前4000年到公元2000年。托勒密所在的古希腊，春分是在白羊座，现在已经到了双鱼座。

月球在天球上的运动轨迹

月球沿着一条更为奇怪的轨迹运动，称为银道，这也是天球上的一个圆，但是这个圆圈与太阳的黄道不同，与赤道也不同。随它去吧，我们对它不是很感兴趣。在航海天文历上，月亮的坐标是以赤纬和时角的方式给出的，我们不需要研究它的轨迹。

难以捉摸的行星

行星的运行轨迹就更复杂了，不像太阳和月亮，行星在天球上的运行轨迹，完全不可捉摸，距离太阳更近的金星，在天球上基本就是围绕太阳附近徘徊，所以你总是只能在傍晚和早晨看到金星。火星的轨迹完全令人搞不懂，所以中国古人给它起个名字叫“荧惑”——完全令人迷惑！木星和土星，也好不到哪里去，时快时慢，在天球上的轨迹是奇怪的曲线。好在，航海天文历上，给出了这几颗行星的赤经和赤纬坐标，我们可以在2102D索星卡上标出它们的位置，至少在三五天内，我们可以认为它们是静止不动的。至于其它行星——水星、海王星、天王星或者冥王星，它们太黯淡了，用望远镜找它们都费劲。所以不能用作导航行星，所以航海天文历上，完全没有提到它们。