用平面天球了解星座

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用平面天球了解星座

星星的運動對人類智慧的考驗貫穿古今——從古巴比倫人尋求預測天象，到希臘哲學家與宇宙結構間的智力角逐，再到今天的天空觀測新手嘗試找出仙女座星系的位置。

天球的轉動困擾著每一位剛投入天空觀測的人，但他們遲早有一天會頓悟，整個星空的格局將變得豁然開朗。而那些認為天體運動本來就很簡單的人，可以嘗試向初學者解釋為什麼每顆星都以不同的速度沿不同曲線穿過天空。為什麼有些星會從西向東移動，而大部分是從東向西移動？你能解釋為什麼有些星座會在一夜之間翻轉，而其他的則從一邊傾斜到另一邊嗎？

為了把天空的運行反映到地球上，數千年來天文學家只建立了很少的模型來再現這一運行模式。一個有效的模型不僅說明了天空如何變化，還能在任何給定的時間定位天體。最簡單的天空模型是平面天球。

在上個世紀，不計其數的恆星搜索工具被設計出來並發行。即使是最有經驗的觀測者也依賴它們，特別是在夜晚的陌生時刻。「平面天球」這個詞簡單來說意思就是平面的球體。它有一張星圖，其樞軸指向天極。當星圖圍繞樞軸旋轉時，它滑到代表你所處位置地平線的蓋板窗口下面隱藏起來。轉動星圖，恆星在地平線處升起、落下，模擬了天空每日的視運動。

古老的起源

現代的平面天球是像1532年在德國紐倫堡製造的這種星盤的直接後裔。華麗的蔓葉花樣支撐起形成基本星圖的27個點; 每個點都標有星座或恆星的名稱。在其下面的盤面上是標記當地地平線、地平緯度和地平經度的線條。

平面天球背後的基本理念在古羅馬時就已被採用。建築師和工程師維特魯威（Vitruvius，又譯維特魯維奧）在公元前27年左右描繪了一幅刻在實心板上的星圖，用一個在其上旋轉的地平線蓋板來展示天體的升落。一隻水鍾帶動蓋板每日轉一圈來與天空同步。近兩個世紀後，克勞迪?托勒密（Claudius Ptolemy）在他的論文《平球論》（《Planisphaerium》）中分析了用於這種設備的星圖投影法。

到了公元四世紀，一種被稱為平面天球星盤的版本投入了使用。它的星圖是一個金屬骨架，在刻有觀測者所處位置地平線的實心板上滑動。中世紀的阿拉伯人和波斯人改善了星盤，使其達到多樣和精美的高峰。這些華麗的「數學寶石」中的一些走向了歐洲，在那裡它們幾乎被當作了魔法。傑弗里·喬叟（Geoffrey Chaucer）在1391年寫道：「在像星盤這樣卓越的儀器中發現的或可能發現的所有結論，都是這一地區的任何人所不完全了解的。」在中世紀末期，星盤是普遍認可的天文學家和占星家的標誌。

星盤常常用來找到太陽和恆星，以此明確時間。精確時鐘的發明允許顛倒這個過程。如果你知道時間，你可以使用這種設備尋找恆星。自那之後平面天球就是這樣被使用的。

使用平面天球

原則上來說沒什麼比這更簡單了。你轉動一個輪圈，設定日期和時間，馬上就有一幅此刻在你的地平線之上的定製星圖出現了。橢圓形星圖的邊緣代表你周圍的地平線，如同你站在一個開闊的區域轉過一整圈所看到的。橢圓中心部分的星圖代表頭頂的星空——幾乎非常相近實際了。

實踐中有些複雜問題會讓初學者難以跟進。

設置時間和日期。

在1月1日，平面天球被設置為展示晚上9點的天空。

Sky & Telescope / Craig Michael Utter

首先，令人遺憾的是，市場上的許多平面天球設計不當，會讓專業人士也無計可施。最糟糕的問題是星圖的繪製粗枝大葉，上面所有的恆星，無論非常明亮還是非常微弱，看起來都差不多一樣。因此，拿繪有夜光星點做噱頭的平面天球是最不好的，夜光塗料無法印得很精準，所以所有的恆星看起來都很相似。結果是恆星圖案看起來不像你在天空中看到的那樣。

即使是精心設計的平面天球也逃不掉其他的問題。其一是星圖肯定是小而扭曲的。它將你上方和周圍的整整半個天球壓縮成你握在手中的一個小物件。所以請注意，恆星圖案在現實生活中會比星圖上顯得大得多。

因為星圖很小，所以你的眼睛在它上面移動一點點就相當於目光掃視一大片天空。東西方的地平線可能在平面天球上看起來很近，但當東方在你面前時，西方卻在你的背後！從星圖的邊緣看到中心相當於你的視線從水平方向一路抬高到正上方。

只有一種方法來讀懂這種星圖。當你面對地平線時，把它放在你面前。旋轉它，使標記著你所面對方向的星圖邊緣位於底部。這樣星圖上地平線的方位就與你面前的地平線一致了。現在你可以將星圖中地平線上的恆星與你面對的天空中的恆星進行比較。忽略星圖中你沒有面對的地平線上的所有部分。

再就是失真問題。在為北半球使用而設計的平面天球上，天空南部的星座是橫向拉伸的，像太妃糖一樣，很難將它們與真實的恆星圖案進行比較。對於為固定日期和時間而繪製的設計精良的星圖來說，這問題就不存在了。

最佳點

另一個複雜因素是，一個平面天球只能在地球上某個狹窄的緯度範圍內才能準確工作。幸運的是，許多型號都有多個版本，每個版本用於特定的緯度範圍。

如果你還不了解自己的緯度，可以用此地圖估計一下，其準確度足以選擇合適的平面天球。

再就是夏令時了。當夏令時實行時，在設置平面天球之前，記得在鐘錶顯示的時間上減去一小時，「回落」到標準時間。（還好中國沒有這個問題。）

實際上，平面天球在標準時間也並不準確，要在地方平均時間才行。兩者之間的差異取決於你在所處時區中的居住位置，能差到三四十分鐘甚至更多。（想想新疆的朋友們吧，下午兩點多才是正午！）這是由於地球是圓的這一事實，即使你只向東或西方走幾英里遠，也能察覺到地球表面的曲率。平均來說，在你所在時區的西側邊界處，太陽、月亮和星星升起、運行、落下的時間都要比在時區東側邊界處晚一小時。

事實上，如果你只想知道哪些星座正在天上以及它們在哪裡，那麼平面天球的局限性大可被忽略。令人驚奇的是，這樣一個簡單的模型竟會如此好用！

http://www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/star-finding-with-a-planisphere/

作者：Alan MacRobert

翻譯：馬明陽

校譯：王克義

編排：邱煜欣

責任編輯：解仁江

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