03.02 北极星为何一直不动,难道是人类会观察天文的几千年内,太阳在银河系内的公转只走过了一段近似于直线的旅程

徐耀燕


因为定义要求北极星不能乱动。

北极星是现在的地球人用来指示北方的一颗恒星。

恒星的意思是它相对其他的星位置变化不明显,不会像行星那样四处跑。比如,小明今天看到北斗七星排列成勺子一样的形状,小明的曾曾曾曾曾爷爷看到的也是同样的北斗。两千年前汉朝的北斗基本也是这个形状的,《史记·天官书》说:“斗为帝车,运于中央,临制四方”。

只有等待更长的时间,比如说一万年,才能看出来恒星之间相对位置的明显变化,也就是说星座变形了。比如下面这个动画,BC表示公元前,AD表示公元。

图片来自俄亥俄州立大学天文系网站


说完了恒星,再来聊聊北方。

地球上的方向、以及全套的地理经纬度坐标,都是依赖于地球自转轴(简称地轴)的。地轴一端是北极,另一端是南极,地球从西向东自转,于是东西南北四个方向就全了。

我们有时候会用“找不到北”来形容晕头晕脑、毫无头绪,因为我们知道北方很关键,一旦找到了北,其他三个方向自然就清楚了。

那么如果我们在北极立一根很高很高的、一直伸到太空中去的杆子,这个杆子指向的方向就是北天极,杆子上挂上很亮很亮的灯,这样一来,整个北半球都能看到它,就都能容易找到北方了。

实际上,我们确实有这样的指路明灯,还不用费事修杆子,这盏灯就是北极星。

所以,北极星其实是一个头衔。

如果哪颗明亮的恒星正好在北天极附近,它就被冠以北极星的头衔。北极星看起来不动,因为它的头衔就是这么要求的。

随着地球的自转,其他星星看起来都在天空中绕大圈,北极星因为在北天极附近,看起来会在原地转小圈,就像灯在风中微微摇摆,并不影响它的指路功能。

因为地球自转,星星看起来会在天空中绕圈圈,叫做周日视运动,长时间曝光的照片上可以看到周日视运动的同心圆弧,圆弧最中间那个亮点就是我们的北极星,图片来自Kevin Hadley,wiki


用来指路的话,几十年几百年不变就很好了,如果是几千几万年,其实还是会变的。

我们现在的北极星的真名叫小熊座阿尔法,中文名是勾陈一。五千年前,北极星的头衔归天龙座阿尔法所有。一万两千年后,织女星将获得北极星这个头衔。

为啥会有这种变化呢?

因为地轴相对于遥远的恒星在缓慢而有规律的“摆动”,“摆动”一圈大概需要两万六千年,当地轴指向一颗明亮的恒星的时候,这颗星就会成为北极星。

地轴“摆动”导致北极星头衔易主的一个简单动画,简单的意思是说实际的“摆动”要更复杂,图片来自bundlehaber.com


伴随着地轴的“摆动”,春分点的位置也会发生变化,这就是为啥古代占星术的黄道十二宫跟现在的天空并不符合的原因之一。


至于说到太阳在银河系中的运动,首先要明确一点,北极星是地球的北极星,跟太阳没关系。

从太阳上看,北极星跟其他星没啥区别。

其次,我们看到的亮星通常离我们比较近,比如几十、几百光年,而银河系的直径至少有十万光年,所以其实夜空中的亮星很多都是我们的邻居。

这些邻居和太阳一起绕着银河系中心转圈,转一圈要2亿多年,这是一个很长的时间,也是一种很复杂的运动。

离的银河系中心近的邻居恒星会转的比较快,离得远的转的比较慢,有些邻居还有自己的运动方向,使得绕银心转的运动比地球绕太阳转要复杂,也比一条拥挤的高速路要复杂。

当时间尺度比较短的时候,比如几千年,邻居还是邻居,它们的位置通常不会有明显的变化。

当时间尺度长到几百万年、几千万年甚至更久的时候,这些邻居会跑到哪里去,就是个需要具体分析的复杂问题了。

最后,题目里还有个误区。

因为亮星离我们不远,比如现在的北极星离我们大概400多光年,如果这颗星不跟着太阳一起运动,那么不管太阳是走直线还是绕圈圈,都会看到这颗星在动。

不信你可以找一个路边的房子,当你走过房子的时候,房子就从你眼前到了你身后,并不在乎你是走的直线、弧线还是走位风骚的S形。


如果您有感想,请留言多指教。


乔小海


因为北极星位于北天极附近,而北天极是北半球星空旋转的虚拟中心点(见下图)

这是经长时间曝光的星空图,可以看出中间有一点是不动的,那就是北天极,很显然,如果我们能在那个点附近找到一个明亮的恒星,那么就能当做天然的“指路明灯”,于是我们给这颗恒星起名叫“北极星”

那么这个北天极又是怎么来的呢?那个星空照片为什么有个中心呢?

因为这是以地球自转轴为标准制定的,我们设想一下,将自转轴北极无穷远延伸,再加上地球绕自转轴自转,于是很合理的在天空处就形成一个中心点,这个就叫北天极。

那么我们现在的北极星叫什么呢?

叫小熊座阿尔法(也叫勾陈一)

那勾陈一永远都是我们的北极星吗?

并不是,在一万两千年后北极星将会被织女星取代。

为什么呢?


因为地球存在进动,也就是说地球除了本身的自转外,它的自转轴(地轴)也在绕着一个垂直于黄道面的轴在转(叫做黄轴),而这个旋转一个周期约25700年,因此北极星也是在不断更新轮换的。

北极星和北斗七星什么关系?

见下图

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赛先生科普


太阳带着太阳系中的所有天体以大约每秒220公里的速度绕着银心旋转,如果以5000年的时间跨度来计算,太阳在银河系中走过了大约3.7光年。由于恒星离太阳系都很远,并且恒星本身在空间中的运动速度也不快,所以太阳系在过去数千年里走过的距离并不能显著改变我们在夜晚看到的星空,我们现在看到的星空与几千年前的古人所看到的不会有太大的差别。

不过,北极星在过去数千年里并没有一直保持不动。由于某种现象,北极星不是固定的某一颗恒星,在不同时间会有不同的恒星成为北极星。现在的北极星是位于小熊座的勾陈一,但在三千年前,北极星是位于小熊座的北极二。那么,为什么北极星会随时间而发生变化呢?

在某一段时间内,地球自转轴的指向是相对固定的,哪颗恒星最靠近北天极,它就成为北极星,它在夜空中的视运动最少。但从长时间角度来看,地球自转轴并非一直指向某一方向。

由于地球本身不是完美的球体,太阳和月球对地球施加的引力作用会导致地球的自转轴指向持续发生变化。据估计,地球自转轴的指向会以大约2.6万年的周期在空间中旋转,这种现象被称为地球自转轴进动。因此,最靠近北天极的恒星会发生变化,所以北极星就会发生变化。

根据推算,在五千年前,北极星是位于天龙座的右枢。而在1.3万年前,位于天琴座的织女星是北极星,并且这颗恒星会在公元13000年左右重新成为北极星。在一千年后,勾陈一将不是北极星,取而代之的是位于仙王座的少卫增八。八千年后,夏季大三角之一的天津四将会成为北极星。


火星一号


答:主要是因为,北极星并不是指某一颗固定的星星,而是指当前最靠近北天极的亮星。


北天极是我们地球北极轴线延长线与天球的交点。而天球是人类想象出来的一个球,以地球为中心,理论上无限半径。



因为地球存在进动,导致地球的北极延长线指向,会发生周期性变化,其周期大约是25700年。


地球进动的结果,就是在地球上观察天空时,北极星的位置会发生变化。如果当前北极星的位置,偏离北天极太远,那么我们就需要重新选定一颗亮星作为北极星。






比如当前的北极星叫做勾陈一,位于小熊座,距离地球434光年,是一颗二等亮星,目前勾陈一还在进一步靠近北天极,再过80年离北天极最近,然后逐步远离北天极。




直到500年后,才由另一颗亮星勾陈四代替勾陈一的地位,成为北极星;在等12000年,织女星将成为北极星,这也是北极星轮班表中,最亮的北极星。


北极星轮班表中有30多颗恒星,大约1000年轮班一次,整个周期25700年。



题主说的太阳系绕银河系运转,这个影响也有,但是相对于地球进动来说太小,因为太阳系绕银河系的周期是2亿多年,各恒星相对位置的变化非常缓慢,就算几千年的累积变化,也是非常微小的。


比如北斗七星的相对位置,在前后10万年的变化如下图。



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艾伯史密斯


这个问题其实很好解决,因为北极星是在北斗星域,北斗星域有什么了不起的吗?当然有了,北斗星域是世界的中心,在北斗星域的某颗星球上,有成仙的契机!

历代以来,所有的大帝都会来到这颗星球,要与天搏斗,企图成仙,但无奈抵不过岁月,几乎都死在了这颗星球上,即便没死的,也自斩一刀,落下境界,封入神源之中,苟且偷生。

也因为此,这颗星球也被称为葬帝星。

这就好理解了,因为葬帝星是宇宙的中心,不管是地球自转与公转,太阳系公转还是怎么转,它们始终都会围绕着葬帝星旋转,地轴都会正对着北斗星域。

大家都知道,运动是绝对的,相对是静止的。星空是移动的,但是星球之间也有坐标,而这个坐标的源点就是葬帝星。

葬帝星到诸宇宙里所有的星球是有固定的坐标的,换句话说,不管你怎么转,你到葬帝星的距离都是固定的。而宇宙中除了葬帝星,其他所有的星球都是会伴随着轨迹移动的。当然,这个轨迹变动不会大,不然也不会有坐标的说法了。

就像我们看北斗星域,一直在正北方,而从北斗星域看我们,实际上就像是一直围绕着它在一个圆里滚动的球,北斗星域就在圆的中点,而其他星球则跟地球差不多,围绕着圆的边而转,只不过这个圆随着距离的远近而确定大小罢了。

当然,这些星球的转速很慢,慢到几乎无法察觉,同时,宇宙里的其他星球几乎是同步转动的,所以才能保证坐标管用。


割一下,以上纯属瞎扯,你们可千万别当真啊!


其实北斗星域并非是世界的中心,也没有所谓的葬帝星,甚至各大天体、星球之间基本上是没有坐标的,因为整个宇宙都在运动,因为运动是绝对的,有可能你十年前能看到的一颗星星,十年后再也看不到了。

不过北极星和地球相比起来,虽然都在运动,但也可以说是相对静止的,这样应该就好理解了。

当然,这个相对的静止也并非是绝对的,因为还是有一些细微的变化,不过在我们这有生之年,可能很难去感受到了。


魏青衣



其实太阳系一直在动,北极星也一直在动。太阳围绕银河系中心做曲线运动。只不过由于银河系直径长达10万光年,实际上太阳近几千年的运行的距离微不足道,相对于数万光年的银河系来说,可以忽略不计。

太阳系整体在以300公里每秒的速度围绕银河系运动。而北极星各星体也在不断的运动之中。我们今天看到的北极星的位置和数千年前肯定有细微的差别,但是由于宇宙很大,实际上数千年来太阳以及北极星也没有运动多远,相对于广阔的银河系来说简直可以忽略不计了。


银河系的半径达到了5万光年。我们距离银河系中心2.7万光年。所以虽然我们太阳系也在以每秒几百公里的速度运动,但是北极星各星体也在以这个速度运行。再加上由于宇宙之间的空间距离非常的大,所以即使以每秒几百公里的速度围绕银河系做曲线运动,实际上几千年下来,也没有运行多远。甚至不到一光年的距离。这个距离实在是微不足道。

我们今天在地球上看到的北极星和古代必然不同。但是,可惜的是,这种恒星位置的改变非常细微,人在地球上以肉眼来看根本看不出来。再加上本来北极星各星体距离地球距离都非常遥远,几十光年甚至几百光年。所以即使恒星位置有了改变,我们也不能及时发现。因为距离实在太远。

据科学家研究发现,北极星会在未来几十万年后不再是今天这个样子,北斗七星也不再是七星,这是因为在几百万年后,由于太阳和北极星各星体的运动,太阳和北极星的位置变化就很明显了,就不再是今天这个样子了。


忘川星玉


恒星之所以叫“恒”星,就是因为相对固定不变,古代人认为是永恒的,所以就叫做恒星。北极星就是恒星,所以相对固定。

实际上北极星并不是一颗固定的恒星,而是我们地轴北极延长线上的那颗恒星。

地球就是围绕着这根虚拟的轴旋转的,因此看起来天上就像一个围绕着我们旋转的球,因此又叫天球(见上图),但北极轴指向的那颗星星就不转,所以就是可以指明方向的北极星。

但地球的轴并不是纹丝不动的,它像转的不快的陀螺一样会轻微摆动,专业的说法叫进动。这个摆动虽然很小,但千万年来,北极指向的恒星就不是固定的一颗了,而是很多颗。这个进动的速度是每年50.29〃,一个周期为25800年。也就是说地轴实际上在天球上25800年画一个小圈圈,这个小圈圈线上数十颗恒星就可以轮流执政,当值北极星了。

1200年前开始,现在的北极星勾陈一开始当值,再过400年,这个职位就要让给“勾陈四”了,公元13500年,“织女星”将论值北极星,公元28000年左右,今天的“勾陈一”又会卷土重来。

但恒星也像太阳一样,并不是不动,而且动得还不慢。

银河系直径有10~20万光年,拥有2000~4000亿颗恒星。我们肉眼能够看到的恒星都是银河系里的恒星,大概只可以看到6000多颗。所以人类看到的恒星只是银河系很小一块天区。

太阳以每秒约250公里的速度围绕着银河系中心公转,约2.5亿年转一圈。银河系所有恒星几乎都是围绕着银心旋转,根据距离中心的远近,公转速度有快有慢,但相对位置基本不变,因此古代的夜空和现在的夜空看起来就一直是这个样子。

由于恒星距离我们太远,比如现在的北极星勾陈一,距离我们就有434光年,即使按照太阳这种速度远离我们或者靠近我们或者左右摇摆,一年也只有79亿公里,只是1光年的1200分之一,也就是说1200年才走1光年。我们距离这么远,1光年差距就很微小了,肉眼很难辨别出来。

何况恒星围绕着银河系是相对运动,并不是单纯远离或者靠近或者左右摇摆,就像在公路上的汽车,都以100公里速度前进,1个小时过去了,我们距离还是差不多。这就是几千年肉眼很难看出恒星移动的原因。

恒星虽然变化很小,其实并不是永恒的,相互之间的位置一直在变化着。

只是由于人类眼睛很难分辨出来而已,如果用精密天文仪器测量,还是能够观测出来的。

人类观天史不过几千年,精密天文观测才几百年,而恒星肉眼可观测的变化至少需要万年以上。

如果以10万年时间尺度来观测恒星,位置变化就很大了。

比如我们最熟悉的北斗七星,天文学家根据这些恒星运行状况可能导致的位移测算,十万年前北斗七星像个钩子,现在像一个勺子,再过10万年会变成一个爬虫的样子。(见上图)

至于10万年后北极星那块天区会变成一个什么样子,哪位天文大侠愿意认真研究的话,根据这些恒星的运行状态,一定也能够计算出它们各自的轨迹,得出一个大致的结论。这样,有哪些新的恒星加入到北极星论值主席的行列,有哪些退休出局,就会一目了然。

可惜时空通讯不是这样的大侠,只好抱歉,以后获得这样的资料再与大家分享了。

时空通讯观点,欢迎讨论点评。


时空通讯


首先:北极星这几千年来并不是一直不动,或者说不变的。

天上的星图

其实按理来说虽然整个太阳系也在以每秒200公里的速度围绕着银心运转,但实际上考虑到恒星间的距离都很远,所以这个偏转就会很小,因此我们可以近似的认为我们星图几乎是不变的。



我们是如何定义北极星的?

为什么我们要把那个位置的星星叫做北极星呢?其实所谓北极星就是当前位于北天极方向的星星。



而北天极是指地球北极轴线延长线加上人类想象的一个以地球为中心,理论上无限半径的球的交点就是北天极。所以你明白了北极星之所以是北极星不是因为它特殊而是因为它占了北极天的光。

历史上的北极星

经过上面的介绍,你应该明白为什么北极星不是固定的。

而历史上也确实能够证明这一点,当前的北极星是勾陈一,距离地球在400多光年,并且还在不断靠近北极天。而在3000年前的天龙座α星是北极星,直到公元前1000年,小熊座β星成为北极星,其又被成为紫薇星。根据推算在一千年后,勾陈一将不是北极星,取而代之的是位于仙王座的少卫增八。


科学认识论


在地球的北半球上看,北极星一直都指着北方,似乎一直都不会动。事实真的是这样的吗?

其实,北极星并没有准确地处于北极点,而是有一定的偏差,所以,它也会像其他星星和月亮一样,在一天的时间里绕北极点旋转。北极星与北极点之间相差40秒,这是什么概念呢?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。也就是说,40秒相当于0.011度,这是一个非常小的偏差。

以上是以天为周期来看北极星,而如果我们在更长的周期(比如说几百年,甚至是几万年)里来看北极星的话,北极星也不是固定不动的,换一句话说,北极星与北极点之间的偏差是在不断变化的。这有两个原因。一是因为恒星(包括我们的太阳)都是在不断运动的,其位置在不停地变化。二是因为地球的地轴并不总是指向同一个方向,而是会不断偏转。目前,北极星距离北极点有40秒,而根据计算,在2100年左右,北极星将位于北极点正上方,这是偏差最小的时候,只有28秒,之后北极星逐渐远离北极点,偏差将逐渐增大。

既然如此,如果北极星逐渐远离北极点,偏差越来越大,然后,另外一颗恒星的偏差变得比北极星小了,那是不是就应该把那一颗恒星称为北极星了呢?没错,在历史上,北极星并不是一颗恒星。“北极星”就像皇帝这一职位,可以姓李,也可以姓朱,还可以姓爱新觉罗,谁离北极点最近谁就是北极星。目前的北极星叫勾陈一,而到了公元14000年,将是织女星君临天下。


深空电报


北极星并非一动不动,其位置一直在变化之中。只不过相对于地球而言,北极星实在是太远了,而且刚好位于地轴北极延长线上。所以在地球围绕太阳公转,太阳系围绕银心公转的情形下,北极星看着就像没有变动一样。

上图就是北极星和地球位置的相对关系图。当然了,实际中北极星距离地球极远,所以不论地球怎么运动,我们看着北极星老是在最北边,好像一动不动一样!


但其实北极星并不是一直不变的,因为地轴的延长线并非总是指向同一颗恒星,现在处于地轴延长线正上方的是勾陈一,但是随着时间的增加,地轴延长线会逐渐偏离勾陈一,直到公元14000年指向织女星。


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