恰好位于地球自转轴指向的延长线方向附近。这就像你旋转一个陀螺时,它的旋转轴顶端指向的空间位置是相对固定的。要理解这个现象,需要从地球的自转、自转轴以及天球的概念说起:
地球的自转和自转轴:
- 地球像一个大陀螺,每天都在绕着一根假想的轴旋转,这根轴叫做自转轴。
- 自转轴穿过地球的南北两个地理极点(北极点和南极点)。
- 地球自转是造成我们每天看到太阳、月亮和星星东升西落的主要原因。
天球的概念:
- 为了方便描述天体在天空中的位置,天文学家想象有一个巨大的、以地球为中心的透明球壳包裹着整个宇宙,所有天体都“贴”在这个球壳的内壁上,这个假想的球体称为天球。
- 地球的自转轴可以无限延长,与天球相交于两个点:
- 北天极: 地球自转轴指向北极星方向延长线与天球的交点。
- 南天极: 地球自转轴指向南极方向延长线与天球的交点。
地球自转与星空的视运动:
- 由于地球在自转(从西向东),站在地球上的我们感觉不到地球在动,反而感觉是整个天球(包括所有星星)在绕着地球转动(看起来是自东向西旋转)。
- 这个旋转是围绕着一个轴进行的,这个轴就是地球自转轴在天球上的投影——连接北天极和南天极的假想轴线。
- 关键点: 天球上离北天极或南天极越近的星星,它们在旋转过程中划过的圆圈就越小。正好位于北天极或南天极上的星星(如果存在的话),看起来就是完全不动的,因为它就在旋转轴上。
北极星的位置:
- 目前,一颗名为勾陈一的恒星(通常称为北极星)恰好位于非常接近北天极的位置(距离不到1度)。
- 因为它离北天极这个旋转中心点非常近,所以它在夜空中划过的圆圈极其微小(直径不到2度),在肉眼观察下,尤其是在不太精确的日常观测中,它看起来就像是固定不动的。
- 所有其他星星看起来都在围绕着北天极(也就是围绕着北极星)做圆周运动,离北极星越远的星星,划过的圆圈就越大,运动就越明显。
为什么北极星不是绝对不动?
- 岁差: 地球的自转轴并非在空间中绝对固定。由于地球并非完美的球体(赤道略鼓),加上太阳和月球的引力作用,地球的自转轴会像一个缓慢晃动的陀螺那样,在太空中画出一个大圆锥。这个现象称为岁差。一个完整的岁差周期大约需要26,000年。
- 岁差的影响: 由于岁差,地球自转轴指向的延长线(即北天极的位置)会在天球上缓慢地移动,画出一个大圆圈。这意味着,不同的历史时期,不同的恒星会轮流成为“北极星”。例如,大约5000年前,古埃及人看到的北极星是右枢(天龙座α)。大约12000年后,织女星(天琴座α)将成为北极星。勾陈一只是当前这个时代最靠近北天极的亮星。
- 北极星自身的微小运动: 勾陈一本身在宇宙空间中也在运动(自行),但因为它距离我们非常遥远(约433光年),这种运动在天空中造成的位移极其微小,肉眼根本无法察觉。
总结:
北极星(勾陈一)看起来几乎不动,其核心原理在于:
地球的自转轴指向了宇宙空间中的一个特定方向(目前指向勾陈一附近)。
地球的自转使得整个星空看起来围绕着
自转轴的延长线(北天极)旋转。
北极星(勾陈一)
恰好位于非常接近北天极的位置,处于这个旋转运动的中心点附近,因此它在夜空中划过的轨迹小到肉眼难以察觉,仿佛固定不动。
其他星星离这个旋转中心较远,因此划出明显的圆弧,看起来在移动。
所以,北极星就像一个天然的“灯塔”,为我们指示了地球自转轴的方向(近似指向地理正北方),是地球自转运动在浩瀚星空中的一个直观体现。但这种“固定”是相对的,是位置巧合的结果,并且会随着地球自转轴的缓慢摆动(岁差)而在漫长的岁月中发生改变。