03.02 北極星為何一直不動,難道是人類會觀察天文的幾千年內,太陽在銀河系內的公轉只走過了一段近似於直線的旅程?

徐耀燕


因為定義要求北極星不能亂動。

北極星是現在的地球人用來指示北方的一顆恆星。

恆星的意思是它相對其他的星位置變化不明顯,不會像行星那樣四處跑。比如,小明今天看到北斗七星排列成勺子一樣的形狀,小明的曾曾曾曾曾爺爺看到的也是同樣的北斗。兩千年前漢朝的北斗基本也是這個形狀的,《史記·天官書》說:“鬥為帝車,運於中央,臨制四方”。

只有等待更長的時間,比如說一萬年,才能看出來恆星之間相對位置的明顯變化,也就是說星座變形了。比如下面這個動畫,BC表示公元前,AD表示公元。

圖片來自俄亥俄州立大學天文系網站


說完了恆星,再來聊聊北方。

地球上的方向、以及全套的地理經緯度座標,都是依賴於地球自轉軸(簡稱地軸)的。地軸一端是北極,另一端是南極,地球從西向東自轉,於是東西南北四個方向就全了。

我們有時候會用“找不到北”來形容暈頭暈腦、毫無頭緒,因為我們知道北方很關鍵,一旦找到了北,其他三個方向自然就清楚了。

那麼如果我們在北極立一根很高很高的、一直伸到太空中去的杆子,這個杆子指向的方向就是北天極,杆子上掛上很亮很亮的燈,這樣一來,整個北半球都能看到它,就都能容易找到北方了。

實際上,我們確實有這樣的指路明燈,還不用費事修杆子,這盞燈就是北極星。

所以,北極星其實是一個頭銜。

如果哪顆明亮的恆星正好在北天極附近,它就被冠以北極星的頭銜。北極星看起來不動,因為它的頭銜就是這麼要求的。

隨著地球的自轉,其他星星看起來都在天空中繞大圈,北極星因為在北天極附近,看起來會在原地轉小圈,就像燈在風中微微搖擺,並不影響它的指路功能。

因為地球自轉,星星看起來會在天空中繞圈圈,叫做週日視運動,長時間曝光的照片上可以看到週日視運動的同心圓弧,圓弧最中間那個亮點就是我們的北極星,圖片來自Kevin Hadley,wiki


用來指路的話,幾十年幾百年不變就很好了,如果是幾千幾萬年,其實還是會變的。

我們現在的北極星的真名叫小熊座阿爾法,中文名是勾陳一。五千年前,北極星的頭銜歸天龍座阿爾法所有。一萬兩千年後,織女星將獲得北極星這個頭銜。

為啥會有這種變化呢?

因為地軸相對於遙遠的恆星在緩慢而有規律的“擺動”,“擺動”一圈大概需要兩萬六千年,當地軸指向一顆明亮的恆星的時候,這顆星就會成為北極星。

地軸“擺動”導致北極星頭銜易主的一個簡單動畫,簡單的意思是說實際的“擺動”要更復雜,圖片來自bundlehaber.com


伴隨著地軸的“擺動”,春分點的位置也會發生變化,這就是為啥古代占星術的黃道十二宮跟現在的天空並不符合的原因之一。


至於說到太陽在銀河系中的運動,首先要明確一點,北極星是地球的北極星,跟太陽沒關係。

從太陽上看,北極星跟其他星沒啥區別。

其次,我們看到的亮星通常離我們比較近,比如幾十、幾百光年,而銀河系的直徑至少有十萬光年,所以其實夜空中的亮星很多都是我們的鄰居。

這些鄰居和太陽一起繞著銀河系中心轉圈,轉一圈要2億多年,這是一個很長的時間,也是一種很複雜的運動。

離的銀河系中心近的鄰居恆星會轉的比較快,離得遠的轉的比較慢,有些鄰居還有自己的運動方向,使得繞銀心轉的運動比地球繞太陽轉要複雜,也比一條擁擠的高速路要複雜。

當時間尺度比較短的時候,比如幾千年,鄰居還是鄰居,它們的位置通常不會有明顯的變化。

當時間尺度長到幾百萬年、幾千萬年甚至更久的時候,這些鄰居會跑到哪裡去,就是個需要具體分析的複雜問題了。

最後,題目裡還有個誤區。

因為亮星離我們不遠,比如現在的北極星離我們大概400多光年,如果這顆星不跟著太陽一起運動,那麼不管太陽是走直線還是繞圈圈,都會看到這顆星在動。

不信你可以找一個路邊的房子,當你走過房子的時候,房子就從你眼前到了你身後,並不在乎你是走的直線、弧線還是走位風騷的S形。


如果您有感想,請留言多指教。


喬小海


因為北極星位於北天極附近,而北天極是北半球星空旋轉的虛擬中心點(見下圖)

這是經長時間曝光的星空圖,可以看出中間有一點是不動的,那就是北天極,很顯然,如果我們能在那個點附近找到一個明亮的恆星,那麼就能當做天然的“指路明燈”,於是我們給這顆恆星起名叫“北極星”

那麼這個北天極又是怎麼來的呢?那個星空照片為什麼有個中心呢?

因為這是以地球自轉軸為標準制定的,我們設想一下,將自轉軸北極無窮遠延伸,再加上地球繞自轉軸自轉,於是很合理的在天空處就形成一箇中心點,這個就叫北天極。

那麼我們現在的北極星叫什麼呢?

叫小熊座阿爾法(也叫勾陳一)

那勾陳一永遠都是我們的北極星嗎?

並不是,在一萬兩千年後北極星將會被織女星取代。

為什麼呢?


因為地球存在進動,也就是說地球除了本身的自轉外,它的自轉軸(地軸)也在繞著一個垂直於黃道面的軸在轉(叫做黃軸),而這個旋轉一個週期約25700年,因此北極星也是在不斷更新輪換的。

北極星和北斗七星什麼關係?

見下圖

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賽先生科普


太陽帶著太陽系中的所有天體以大約每秒220公里的速度繞著銀心旋轉,如果以5000年的時間跨度來計算,太陽在銀河系中走過了大約3.7光年。由於恆星離太陽系都很遠,並且恆星本身在空間中的運動速度也不快,所以太陽系在過去數千年裡走過的距離並不能顯著改變我們在夜晚看到的星空,我們現在看到的星空與幾千年前的古人所看到的不會有太大的差別。

不過,北極星在過去數千年裡並沒有一直保持不動。由於某種現象,北極星不是固定的某一顆恆星,在不同時間會有不同的恆星成為北極星。現在的北極星是位於小熊座的勾陳一,但在三千年前,北極星是位於小熊座的北極二。那麼,為什麼北極星會隨時間而發生變化呢?

在某一段時間內,地球自轉軸的指向是相對固定的,哪顆恆星最靠近北天極,它就成為北極星,它在夜空中的視運動最少。但從長時間角度來看,地球自轉軸並非一直指向某一方向。

由於地球本身不是完美的球體,太陽和月球對地球施加的引力作用會導致地球的自轉軸指向持續發生變化。據估計,地球自轉軸的指向會以大約2.6萬年的週期在空間中旋轉,這種現象被稱為地球自轉軸進動。因此,最靠近北天極的恆星會發生變化,所以北極星就會發生變化。

根據推算,在五千年前,北極星是位於天龍座的右樞。而在1.3萬年前,位於天琴座的織女星是北極星,並且這顆恆星會在公元13000年左右重新成為北極星。在一千年後,勾陳一將不是北極星,取而代之的是位於仙王座的少衛增八。八千年後,夏季大三角之一的天津四將會成為北極星。


火星一號


答:主要是因為,北極星並不是指某一顆固定的星星,而是指當前最靠近北天極的亮星。


北天極是我們地球北極軸線延長線與天球的交點。而天球是人類想象出來的一個球,以地球為中心,理論上無限半徑。



因為地球存在進動,導致地球的北極延長線指向,會發生週期性變化,其週期大約是25700年。


地球進動的結果,就是在地球上觀察天空時,北極星的位置會發生變化。如果當前北極星的位置,偏離北天極太遠,那麼我們就需要重新選定一顆亮星作為北極星。






比如當前的北極星叫做勾陳一,位於小熊座,距離地球434光年,是一顆二等亮星,目前勾陳一還在進一步靠近北天極,再過80年離北天極最近,然後逐步遠離北天極。




直到500年後,才由另一顆亮星勾陳四代替勾陳一的地位,成為北極星;在等12000年,織女星將成為北極星,這也是北極星輪班表中,最亮的北極星。


北極星輪班表中有30多顆恆星,大約1000年輪班一次,整個週期25700年。



題主說的太陽系繞銀河系運轉,這個影響也有,但是相對於地球進動來說太小,因為太陽系繞銀河系的週期是2億多年,各恆星相對位置的變化非常緩慢,就算幾千年的累積變化,也是非常微小的。


比如北斗七星的相對位置,在前後10萬年的變化如下圖。



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艾伯史密斯


這個問題其實很好解決,因為北極星是在北斗星域,北斗星域有什麼了不起的嗎?當然有了,北斗星域是世界的中心,在北斗星域的某顆星球上,有成仙的契機!

歷代以來,所有的大帝都會來到這顆星球,要與天搏鬥,企圖成仙,但無奈抵不過歲月,幾乎都死在了這顆星球上,即便沒死的,也自斬一刀,落下境界,封入神源之中,苟且偷生。

也因為此,這顆星球也被稱為葬帝星。

這就好理解了,因為葬帝星是宇宙的中心,不管是地球自轉與公轉,太陽系公轉還是怎麼轉,它們始終都會圍繞著葬帝星旋轉,地軸都會正對著北斗星域。

大家都知道,運動是絕對的,相對是靜止的。星空是移動的,但是星球之間也有座標,而這個座標的源點就是葬帝星。

葬帝星到諸宇宙裡所有的星球是有固定的座標的,換句話說,不管你怎麼轉,你到葬帝星的距離都是固定的。而宇宙中除了葬帝星,其他所有的星球都是會伴隨著軌跡移動的。當然,這個軌跡變動不會大,不然也不會有座標的說法了。

就像我們看北斗星域,一直在正北方,而從北斗星域看我們,實際上就像是一直圍繞著它在一個圓裡滾動的球,北斗星域就在圓的中點,而其他星球則跟地球差不多,圍繞著圓的邊而轉,只不過這個圓隨著距離的遠近而確定大小罷了。

當然,這些星球的轉速很慢,慢到幾乎無法察覺,同時,宇宙裡的其他星球幾乎是同步轉動的,所以才能保證座標管用。


割一下,以上純屬瞎扯,你們可千萬別當真啊!


其實北斗星域並非是世界的中心,也沒有所謂的葬帝星,甚至各大天體、星球之間基本上是沒有座標的,因為整個宇宙都在運動,因為運動是絕對的,有可能你十年前能看到的一顆星星,十年後再也看不到了。

不過北極星和地球相比起來,雖然都在運動,但也可以說是相對靜止的,這樣應該就好理解了。

當然,這個相對的靜止也並非是絕對的,因為還是有一些細微的變化,不過在我們這有生之年,可能很難去感受到了。


魏青衣



其實太陽系一直在動,北極星也一直在動。太陽圍繞銀河系中心做曲線運動。只不過由於銀河系直徑長達10萬光年,實際上太陽近幾千年的運行的距離微不足道,相對於數萬光年的銀河系來說,可以忽略不計。

太陽系整體在以300公里每秒的速度圍繞銀河系運動。而北極星各星體也在不斷的運動之中。我們今天看到的北極星的位置和數千年前肯定有細微的差別,但是由於宇宙很大,實際上數千年來太陽以及北極星也沒有運動多遠,相對於廣闊的銀河系來說簡直可以忽略不計了。


銀河系的半徑達到了5萬光年。我們距離銀河系中心2.7萬光年。所以雖然我們太陽系也在以每秒幾百公里的速度運動,但是北極星各星體也在以這個速度運行。再加上由於宇宙之間的空間距離非常的大,所以即使以每秒幾百公里的速度圍繞銀河系做曲線運動,實際上幾千年下來,也沒有運行多遠。甚至不到一光年的距離。這個距離實在是微不足道。

我們今天在地球上看到的北極星和古代必然不同。但是,可惜的是,這種恆星位置的改變非常細微,人在地球上以肉眼來看根本看不出來。再加上本來北極星各星體距離地球距離都非常遙遠,幾十光年甚至幾百光年。所以即使恆星位置有了改變,我們也不能及時發現。因為距離實在太遠。

據科學家研究發現,北極星會在未來幾十萬年後不再是今天這個樣子,北斗七星也不再是七星,這是因為在幾百萬年後,由於太陽和北極星各星體的運動,太陽和北極星的位置變化就很明顯了,就不再是今天這個樣子了。


忘川星玉


恆星之所以叫“恆”星,就是因為相對固定不變,古代人認為是永恆的,所以就叫做恆星。北極星就是恆星,所以相對固定。

實際上北極星並不是一顆固定的恆星,而是我們地軸北極延長線上的那顆恆星。

地球就是圍繞著這根虛擬的軸旋轉的,因此看起來天上就像一個圍繞著我們旋轉的球,因此又叫天球(見上圖),但北極軸指向的那顆星星就不轉,所以就是可以指明方向的北極星。

但地球的軸並不是紋絲不動的,它像轉的不快的陀螺一樣會輕微擺動,專業的說法叫進動。這個擺動雖然很小,但千萬年來,北極指向的恆星就不是固定的一顆了,而是很多顆。這個進動的速度是每年50.29〃,一個週期為25800年。也就是說地軸實際上在天球上25800年畫一個小圈圈,這個小圈圈線上數十顆恆星就可以輪流執政,當值北極星了。

1200年前開始,現在的北極星勾陳一開始當值,再過400年,這個職位就要讓給“勾陳四”了,公元13500年,“織女星”將論值北極星,公元28000年左右,今天的“勾陳一”又會捲土重來。

但恆星也像太陽一樣,並不是不動,而且動得還不慢。

銀河系直徑有10~20萬光年,擁有2000~4000億顆恆星。我們肉眼能夠看到的恆星都是銀河系裡的恆星,大概只可以看到6000多顆。所以人類看到的恆星只是銀河系很小一塊天區。

太陽以每秒約250公里的速度圍繞著銀河系中心公轉,約2.5億年轉一圈。銀河系所有恆星幾乎都是圍繞著銀心旋轉,根據距離中心的遠近,公轉速度有快有慢,但相對位置基本不變,因此古代的夜空和現在的夜空看起來就一直是這個樣子。

由於恆星距離我們太遠,比如現在的北極星勾陳一,距離我們就有434光年,即使按照太陽這種速度遠離我們或者靠近我們或者左右搖擺,一年也只有79億公里,只是1光年的1200分之一,也就是說1200年才走1光年。我們距離這麼遠,1光年差距就很微小了,肉眼很難辨別出來。

何況恆星圍繞著銀河系是相對運動,並不是單純遠離或者靠近或者左右搖擺,就像在公路上的汽車,都以100公里速度前進,1個小時過去了,我們距離還是差不多。這就是幾千年肉眼很難看出恆星移動的原因。

恆星雖然變化很小,其實並不是永恆的,相互之間的位置一直在變化著。

只是由於人類眼睛很難分辨出來而已,如果用精密天文儀器測量,還是能夠觀測出來的。

人類觀天史不過幾千年,精密天文觀測才幾百年,而恆星肉眼可觀測的變化至少需要萬年以上。

如果以10萬年時間尺度來觀測恆星,位置變化就很大了。

比如我們最熟悉的北斗七星,天文學家根據這些恆星運行狀況可能導致的位移測算,十萬年前北斗七星像個鉤子,現在像一個勺子,再過10萬年會變成一個爬蟲的樣子。(見上圖)

至於10萬年後北極星那塊天區會變成一個什麼樣子,哪位天文大俠願意認真研究的話,根據這些恆星的運行狀態,一定也能夠計算出它們各自的軌跡,得出一個大致的結論。這樣,有哪些新的恆星加入到北極星論值主席的行列,有哪些退休出局,就會一目瞭然。

可惜時空通訊不是這樣的大俠,只好抱歉,以後獲得這樣的資料再與大家分享了。

時空通訊觀點,歡迎討論點評。


時空通訊


首先:北極星這幾千年來並不是一直不動,或者說不變的。

天上的星圖

其實按理來說雖然整個太陽系也在以每秒200公里的速度圍繞著銀心運轉,但實際上考慮到恆星間的距離都很遠,所以這個偏轉就會很小,因此我們可以近似的認為我們星圖幾乎是不變的。



我們是如何定義北極星的?

為什麼我們要把那個位置的星星叫做北極星呢?其實所謂北極星就是當前位於北天極方向的星星。



而北天極是指地球北極軸線延長線加上人類想象的一個以地球為中心,理論上無限半徑的球的交點就是北天極。所以你明白了北極星之所以是北極星不是因為它特殊而是因為它佔了北極天的光。

歷史上的北極星

經過上面的介紹,你應該明白為什麼北極星不是固定的。

而歷史上也確實能夠證明這一點,當前的北極星是勾陳一,距離地球在400多光年,並且還在不斷靠近北極天。而在3000年前的天龍座α星是北極星,直到公元前1000年,小熊座β星成為北極星,其又被成為紫薇星。根據推算在一千年後,勾陳一將不是北極星,取而代之的是位於仙王座的少衛增八。


科學認識論


在地球的北半球上看,北極星一直都指著北方,似乎一直都不會動。事實真的是這樣的嗎?

其實,北極星並沒有準確地處於北極點,而是有一定的偏差,所以,它也會像其他星星和月亮一樣,在一天的時間裡繞北極點旋轉。北極星與北極點之間相差40秒,這是什麼概念呢?一度的角可以平均分成60份,每一份的角度是1分,一分的角也可以分成60份,每一份的角度就是1秒。也就是說,40秒相當於0.011度,這是一個非常小的偏差。

以上是以天為週期來看北極星,而如果我們在更長的週期(比如說幾百年,甚至是幾萬年)裡來看北極星的話,北極星也不是固定不動的,換一句話說,北極星與北極點之間的偏差是在不斷變化的。這有兩個原因。一是因為恆星(包括我們的太陽)都是在不斷運動的,其位置在不停地變化。二是因為地球的地軸並不總是指向同一個方向,而是會不斷偏轉。目前,北極星距離北極點有40秒,而根據計算,在2100年左右,北極星將位於北極點正上方,這是偏差最小的時候,只有28秒,之後北極星逐漸遠離北極點,偏差將逐漸增大。

既然如此,如果北極星逐漸遠離北極點,偏差越來越大,然後,另外一顆恆星的偏差變得比北極星小了,那是不是就應該把那一顆恆星稱為北極星了呢?沒錯,在歷史上,北極星並不是一顆恆星。“北極星”就像皇帝這一職位,可以姓李,也可以姓朱,還可以姓愛新覺羅,誰離北極點最近誰就是北極星。目前的北極星叫勾陳一,而到了公元14000年,將是織女星君臨天下。


深空電報


北極星並非一動不動,其位置一直在變化之中。只不過相對於地球而言,北極星實在是太遠了,而且剛好位於地軸北極延長線上。所以在地球圍繞太陽公轉,太陽系圍繞銀心公轉的情形下,北極星看著就像沒有變動一樣。

上圖就是北極星和地球位置的相對關係圖。當然了,實際中北極星距離地球極遠,所以不論地球怎麼運動,我們看著北極星老是在最北邊,好像一動不動一樣!


但其實北極星並不是一直不變的,因為地軸的延長線並非總是指向同一顆恆星,現在處於地軸延長線正上方的是勾陳一,但是隨著時間的增加,地軸延長線會逐漸偏離勾陳一,直到公元14000年指向織女星。


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