一、认识一些主要星座和著名亮星
(一)活动星图的制作和使用
进行天象观测和认星,最好有一个活动星图。活动星图有两张纸,一张是底图,一张是盖图。底图本身是以天极为中心的投影星图,中间一点正好是天北极。如果有一个天球仪,你站在天极上往下看,把那些星投影到一个平面上,就可以得到这样一个星图。但还不完全是正射投影,赤道部分还需要往外开展,所以底图的基本结构是以天极为中心的投影星图,赤道以南还画了很多星,它的范围主要看我国大陆最南边的纬度是多少,对那样一个地理纬度来说,永不上升的天体就不用再画到底图上了。
星图中心是天极,中间是天赤道,外圆是南方的恒稳圈。那么这张底图所画的星就是中国国土范围内可能看到的恒星。
活动星图的底图是要旋转的,即表示由于地球自转而形成的天体周日视运动。天体的周日视运动是顺时针方向旋转,是从地球中心往外看的结果。星图是从球外向球心方向看,周日视运动的方向也刚好相反,是逆时针方向。所以活动星图的底图应该逆时针方向旋转,这点要特别注意。再有,在底图周围画了日期,因为底图上不仅有天赤道,而且有黄道,黄道和天赤道交于春、秋分点。太阳在春分点是3月21日,在秋分点是9月23日。这样太阳在黄道上某一个位置相当于某天就是确定的,把黄道上的日期位置延伸到底图的最外圈,就能在星图的边上把日期标出来了。而上面那张盖图的外圈上有时间,从0点到24点正好转一圈。0点指向正北方向,星图逆时针方向旋转,所以6点在左边,18点在右边。
上面盖图上的洞是椭圆形的,中心是观测地的天顶,它可以根据当地的地理纬度决定。椭圆则是当地的地平圈。从椭圆中心到底图的中心,距离等于90°减去当地的地理纬度φ,即天顶距天极的距离是90°-φ(天极的天顶距)。活动星图比较容易买到,如果是自己制做,底图也需要购买。购买活动星图时,要注意是否适合当地(地理纬度)使用。
活动星图的使用方法很简单,首先找到日期,然后旋转底图,使日期和观测时间一致。找到时间,那么中间的天象图就是你在那个时间所能看到的天象。
(二)星座和星等
古人为了便于认星,将全天分成若干个区域。我国古代把这样的区域叫“星宿”或“垣”,西方古代叫“星座”。现代天文学按照平行或垂直于天赤道的弧线,把全天分成若干个大小不等的区域,也称这些区域为星座。现在国际上公认全天分为88个星座,每个星座都有特殊的名字。星座的名称和古代的神话传说有关,熟悉这些故事将有助于对星座的记忆和认识。为了便于区分和辨认每个星座中的星星,人们按照每个星座内星星的亮度,以希腊字母α、β、γ等作为代号,如猎户座α星、猎户座β星或仙女座α星、仙女座β星……当24个希腊字母用完后,就用拉丁字母或数字表示,如天琴座17、天鹅座61等。重要的星还给它起了专门的名字,例如:天鹰座中的亮星叫牛郎星,学名河鼓二;天琴座中的亮星叫织女星或织女一。当然还有一些天体,按照规定和习惯用其它的代号。
反映天体亮度的等级叫星等。古代人们把肉眼能看见的星星分为六等,最亮的叫一等星,次亮的叫二等星,再次叫三等星……,肉眼勉强能看到的星为六等星。近代用仪器测定1等星的亮度大约是6等星亮度的100倍。这样星等每差一等,亮度就相差 =2.512倍。后来人们发现有的星比1等星还亮,同时用仪器还可看到肉眼所看不见的许多星,于是便把这个规律向两头推广,比1等星亮的还有0等星、-1等星……;比6等星暗的还有7等星、8等星……7等星以下要用望远镜才能看到。
天上的星星千千万万,然而肉眼可见的仅有6000多颗,而同时只能看到一半左右。即使这样,那么多星座、星星各有各的名字,要想全部记住,也是很困难的。对于中学生来说,只要辨认记住几个主要的星座、一些著名亮星的名字就行了。
(三)四季星空
春天是万物复苏的季节,春夜星空也显得格外瑰丽迷人。春夜的星空亮星并不多,最引人注目的是狮子星座,其中的一组α、η、γ、ζ、μ和ε象一把镰刀挂在天上,它和东面不远处组成三角形的三颗星——β、б和δ一起,被古希腊人想象为一头雄狮;我国则把这一区域的星喻为黄帝之神,叫做轩辕。狮子座最亮的α星,我国称为轩辕十四,是全天21颗星最亮恒星中最暗的一颗。但是因为春夜星空中南方天空没有别的亮星,而且它又接近黄道,所以被封为“王者四星”之一。另外,由于航海的人们常常用它来确定航位,所以又被航海者授予航海九星之一的称号。
夏季是一年中最好的观星季节。当人们送走了可畏的骄阳,夜幕降临,正是边乘凉,边观星的时候。夏季星空中最引人注目的是天河一带的几个星座,像天鹅、天鹰、天蝎、人马等星座。天蝎座正位于南方低空,它包含了许多明亮的星,是个著名的大星座;它以β、δ等为头(我国古代叫“房宿”),α为心,同σ、τ组成“心宿”,α为心宿二,又名大火。“七月流火”说的是按斗转星移判断时令季节,指大火西下的意思,并非骄阳似火的火。金秋时节,(北方)天高气爽,星空更加壮丽迷人,廖廓长天星寂寂,“飞马”横空“银汉”斜。秋夜星空中明亮的星座不多,最引人注目的是高挂正空的飞马星座。飞马座α,β、γ三颗星与仙女座α星组成一个巨大的四边形,雄伟壮观;粗粗看去,这四边形里似乎空空荡荡一无所有,实际上,里面亮于6等的星共有13颗。在没有城市灯光和月光影响的晴夜,不妨作为一个题目,测试测试学生的眼力。
恬静的冬夜,星空美丽多姿,金牛、猎户、大犬等都是非常辉煌的星座。猎户星座夙称星座之王,它高悬南方天空,我国古代称它为“参宿”,主要由七颗星组成,其中α、β、γ、κ四颗星排列成长方形,被古代西方人想象成一个威武的猎人,中间的δ、ε、ζ三颗星整齐地连成一条直线,好像猎人腰间缀着闪闪发光的腰带。中国民间叫它“三星”,常常用三星的出没和三星的高度来判断时刻。冬季(公历12月份)猎户座和太阳大约相距180°,太阳西落,猎户座升起,太阳升起,猎户座西落,最宜于用猎户三星估计时刻。农历春节期间(22时左右)猎户三星在正南方;除夕之夜,猎户等星座显得特别明亮。中国民间所说的三星,除猎户三星以外,还有心宿三星和牛郎三星(天鹰座)。
(四)北斗和拱极星座
北斗是由天枢、天璇、天机、天权、玉衡、开阳、摇光七星组成,除天权为三等星外,其余都是二等星。古人把这七星想象为舀酒的斗的形状,因为它常在北方出现,所以称为北斗。天枢等四星组成斗身,古代又叫魁;玉衡等三星组成斗柄,古代又称杓。我国的中、高纬度地方,北斗七星终年可见。北斗七星是大熊星座的一部分(屁股和尾巴)。北斗七星的天枢、天璇,称为指极星,在离这两颗星间距五倍远的地方,便是众所周知的北极星。北极星属小熊星座,目前,小熊座α(中名勾陈一)在天北极附近,称为北极星。农业生产十分注重辨季节、定农时,我国古代科学测试工具尚未完备的时候,人们曾用北斗作为验时记日的标准。古代按北斗斗柄所指方向来确定时节的工作称为“斗建”;这是古代国家的头等大事。斗建的方法云:“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。”这都是指黄昏时候而言。如果在黄昏观察,那么在公历4月,北斗出现在天顶,斗柄指东,这是春季;到7月,北斗出现在西北方,斗柄朝上,即古人所谓指南,这是夏季;10月份,北斗斗柄指西,就是秋季,这时由于它出现在地平线附近,所以不容易看到;农历年底以后,北斗出现在东北方,斗柄朝下,即古人所谓指北,这时冬季。俗语也有“斗柄回寅又一春”的说法,寅就是东方。当然,古代这种以北斗斗柄所指方向来确定时节只是大概的估计而已。同时,由于地球还在不停地自转,北斗也在一昼夜里按逆时针方向绕北极星旋转;所以晚上不同的时刻,北斗的位置也不一样。只要知道北斗在当天初昏时的位置,则按斗柄离开初昏位置的度数,就可推知当时的时刻,每转15°是一小时。古代也用它来测定晚间的时刻:指示黄昏的是杓星,指示午夜的是衡星,指示黎明的是魁星。北斗第六星开阳附近有一颗伴星,中名叫“辅”,西名为Alcor;在阿拉伯文里是试验之意。相传古代阿拉伯人在征兵的时候,就用这颗星试验新兵的眼力,如果能看见这颗辅星,那就证明视力很好。如果一时看不见,也不用着急,卷一个长纸筒(最好在观测前布置几名学生事先准备好)来观察,避免了周围亮光的干扰,或是闭一会眼睛,然后睁开眼观看,也许就能看出是两颗星了。人们把围绕北极星旋转的星座,称为拱极星座,还有仙后座、仙王座、天龙座、鹿豹座等。
(五)著名亮星
肉眼观测,全天最亮的一等以上的(恒)星有21颗。天狼星是全天最亮的恒星,它位于大犬座,学名大犬座α;“天狼”是中国古人对它的称呼。天狼星是离地球比较近的恒星,距离8.65光年,它的视星等最亮时可达-1.6等。冬季在猎户座东南方,天狼星极其显眼,很容易找到。古今中外无不瞩目,天狼星在人类文明发展中曾起过重要作用,在近代恒星天文学及现代高能天体物理的研究中,一再成为人们感兴趣的中心。其次是老人星,它位于南天的船底座,学名船底座α。北半球的人看到这颗星的机会很少。再次是南门二,它属于半人马座,距离4.22光年。“海内存知己,天涯若比邻”,因为它是(除太阳以外)离地球最近的恒星,天文学家们给它取名“比邻星”。但北方人对南门二却是“久闻大名,素不相识”。在我国,只有昆明、桂林、台北一线以南的地方,才有机会见到它。目前人类对南门二的知识还很有限。此外,水委一(波江座α)马腹一(半人马座β)、十字架二、三(南十字座α、β)等也是北半球的人们难以见到的亮星。大角是全天第四亮星,北天第一亮星和春夜第一亮星是一颗0等星。公历5、6月份晚上8~10点钟左右,当你在天空中找到北斗七星后,顺着斗柄的弧形弯曲方向向东南方看,在距大熊η星(摇光)差不多相当于北斗全长的位置上就是大角星(牧夫座α)。它与五车二(御夫座α)和织女一(天琴座α)号称赤道以北三颗最亮的星;只是颜色不同,大角为橙红色,而五车二是黄色,织女则带点蓝色。大角和狮子座β(中名五帝座一)、室女座α(角宿一)组成一个巨大的等腰三角形;春夜星空中亮星不多,美丽的春天大三角形很容易辨认。天赤道正好穿过这个大三角形,它的三个顶点离赤道都在20°以内,因此,地球上广大地区的人们都能看到这个大三角形。参宿四(猎户座α)在四边形的左上角,即猎人的右肩上,距离约600光年,猎户座中很多其它恒星,距离多在四、五千光年以上。心宿二(天蝎座α)又名“火”(“大火”)或“商”;相传距今4000多年的唐尧时代,已有“火正”这一官职,负责观测“大火”。在黄昏时可见于东方的季节,以此定为黄、淮流域春耕的开始。我国古代著名的神话“参商寻天兵”,讲的就是参宿和商星。相传古代高辛氏有两个儿子难以相处,“日寻干戈,以相征讨”高辛氏只得命长子去管祭商星,次子去管祭参星;而商星(即心宿二)和参星(即猎户座参宿七星)在天穹上相距约180°,此起彼落,从无见面的机会,当然就动不起干戈来了。北落师门位于南鱼座,学名南鱼座α,在全天21颗亮星中居第18位,但它在秋夜南天的星空中却是最亮的。把飞马座β、α连接起来,向南延伸3.5倍,就是北落师门;而这条线差不多就在赤经23h的经线上,因此,北落师门是古代航海家们在海上定经度的很重要的参考天体。此外,南河三(小犬座α)、河鼓二(天鹰座α,即牛郎星)、毕宿五(金牛座α)、北河三(双子座β)都是著名亮星,都比较容易辨认。21颗亮星中实际光辉最强的是天津四(天鹅座α),虽然在最亮星中排在第20位,星等为1.25,但它的距离约1740光年,如此遥远,尚且这么光亮,可见它的体积比太阳大得多;据推算,天津四的半径是太阳半径的106倍,质量则是太阳的22倍。
需要注意的是,辨认星座和著名亮星时,不要把恒星和行星弄混。肉眼可见的五颗大行星都比较亮。土星可与最亮恒星比美,木星、火星、金星等,都比任何恒星亮,金星最亮时可达-4.4等。相对于恒星来说,行星在星空背景上有明显的相对移动,而且这种移动几乎都沿着黄道进行。行星有一定的视圆面,所以在大气抖动下,不象点状恒星那样有星光闪烁现象。如果仔细对比,还可以发觉各个行星都有其颜色特征,在不同的时候亮度也有变化。以上可见,认星可以定向,可以识别季节变化,这也是古代天文学的主要用途。