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聆聽宇宙奧秘:「北極星」可有眼淚?什麼是地球的「歲差」?

2019/4/22 — 15:05

【文:臨狼】

北極星的眼淚 說不出的想念

在想關於北極星的歌曲時,第一首想起的就是這一首約10年前的歌曲 — 《北極星的眼淚》。張棟樑或許大家不太熟悉,也有很多人認為他的唱功很普通,但事實上他唱紅了許多歌曲,比如這一首歌曲,以及更著名的 《當你孤單你會想起誰》。

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北極星的眼淚 說不出的想念 原來我們活在 兩個世界

有沒有想過北極星是擁有怎樣的魔力,才會被寫進歌裡呢?

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北極星 The Northern Star,顧名思義是指最靠近 北天極 的恆星。同時,它在天空中最亮的恆星(視星等)中排第45位。

古時的人們認為地球是宇宙的中心(詳看Ep.1的地心說),在這個宇宙觀中,天上的繁星都是圍繞地球而轉動的。

為了用作辨認星體,人們發展出 天球 Celestial sphere 的概念。想像一個與地球分享共同圓心以及自轉軸的球體,把它的半徑伸延至無限大,就會成為 天球 ;把地球的赤道向外投射至天球上,就成為了 天球赤道 Celestial Equator ;把地球的極點(北極、南極)向外投射到天球上,就成為了 天極(北天極 North Celestial Pole、南天極 South Celestial Pole)

位處於北半球的人只可以看到北天極;而位於南半球的人就只能看到南天極。

由於天上繁星,看起來都是由東向西移動,令古人產生 恆星固定在天球,而天球由東向西自轉 的概念。

北半球的星空

北半球的星空

當我們望向南北兩方,我們可以觀測到星體會以極點為圓心進行圓周運動。有些恆星是永遠不會下山的,我們稱為 拱極星 Circumpolar star。

經過人們仔細的觀測發現,拱極星中有一位成員以極短半徑圍繞 北天極 公轉,看起來就像在星空中靜止不動。我們稱它為 北極星 , 按記錄這顆星在2006年與北天極相距僅42′(60'=1度)。

這顆恆星的真實名字是 勾陳一 Polaris(Aa),它是 小熊座 Ursae Minoris 內最亮的恆星,故此也稱為 小熊座α Alpha Ursae Minoris。

人們曾以為 Polaris 是一顆恆星,但事實上它是一個三合星(三顆恆星互相圍繞),當中以最大、最光亮的 勾陳一 為重心。雖然它們是三合星,但最近的 的兩者也相距 18.5 AU ,約為太陽與天王星間的距離。

它們距離地球 431 光年,的確是一個我們觸摸不到的世界。

有人認為 Polaris 就是 北極星 ,這個概念是不完全正確的。

根據定義 北天極 是地球北極投射在天球的位置。而作為最接近北天極的北極星,可見是由地球自轉軸所指的方向而定。

但由於地球的自轉軸有23.5度的傾斜,所以地球自轉和陀螺旋轉一樣,除了依照自轉軸旋轉外,其自轉軸也會隨着時間而改變方向。

我們稱這個現象為 歲差 axial precession。 地球的歲差周期為 26,000年,意思是地球的自轉軸每 26,000年會回到同一位置上。

把自轉軸路徑印回天球上,就會看到圖中的圓,可以看到 Polaris 並不是永遠最接近北天極的恆星。例如在公元前約1,100年,當時的北極星並不是 小熊座α(Polaris) 而是 小熊座β,而在約11,700年後,織女星 Vega 則會成為北極星。

南半球有南極星嗎?

南極座σ , σ Octantis 就是現在的南極星。按照 2000年的數據,它距離南天極約為1度,比起 Polaris 距離北天極為遠。另外 σ Octantis 是肉眼幾乎看不見的(視星等5.5),所以我們很少會談及南極星。

但我們還是可以辨認南天極,這個重任則落在面積最小的星座 南十字座(十字架座) Crux 的身上。在找到 Crux 後,向外延伸約十字架長四倍長度就能找到南天極。

北極謂之北辰。 — 《爾雅 ‧ 釋天》

北極謂之北辰。 — 《爾雅 ‧ 釋天》

由於恆星們分別處於天球上的不同坐標(Azimuth,Altitude),人們慢慢發現可以運用星體用作導航,例如利用北極星指示北方(大約)和測定緯度。

現代的GPS也是借用了與天球類似的概念,用以精確定位位置。

夜空中怎樣找到 Polaris 呢?

方法之一是先找出夜空中成W型的 仙后座 Cassiopeia。(可以留意它們的顏色)

把W型的仙后座當作弓,把箭射出約弓弦5倍的距離,就能找到北極星了!

除此之外,還有很多方法找到 Polaris ,大家不妨也嘗試一下。

九針者,天地之大數也,始於一而終於九。 — 《黃期內經》

易變而為一,一變而為七,七變而為九。九變者,究也,乃復變而為一。 — 《列子》

九是無盡,既為終結,亦代表新的開始,希望這九首歌,能激起大家對天文知識的興趣。

這個系列就此完結,如果有歌曲想我分析也可以留言。下次將會以其他生活題材繼續介紹天文知識,敬請期待。

p.s. 因圖片參考資料眾多,故不一一記錄來源。本人對所有圖片、影像不持有擁有權,只引用作教育用途。

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