中國古人觀星的歷史與世界上其他古老民族一樣非常悠久。中國古代的先民們很早就注意到了天空中的星星好像鑲嵌在天幕上,而這個天上的大幕在自東向西旋轉(zhuǎn),每晝夜旋轉(zhuǎn)一圈。那么旋轉(zhuǎn)的中心呢?古人發(fā)現(xiàn)天上有個點是不動的(稱為北極),天幕上的星星都在圍繞北極轉(zhuǎn)圈圈(見圖1)。
古人還找了離北極點很近的星作為“北極星”,幫助人們?nèi)庋塾^星時更容易辨認出北極。因為真正的北極點不一定有合適的亮星,在肉眼觀星的時代,用離真實北極很近(一般在1°左右)的亮星作為指示北極的星星是沒有問題的。我們現(xiàn)在使用的“北極星”就是小熊座α(中國星名叫勾陳一,距離真實北極約0.5°)。
圖1
根據(jù)史書記載和流傳下來的中國古代星名,科學家發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)做過“北極星”的還不止一顆星呢!如左樞、右樞、帝星等,都曾做過“北極星”。為什么有這么多的星做過“北極星”呢?難道“北極星”會跑嗎?不是的,天上的恒星自古至今都沒跑(這里說的是恒星之間的相對排列位置沒變,所以把它們叫做恒星,行星除外)。會跑的是地球自轉(zhuǎn)軸的指向!原來我們地球是圍繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的,而且這個自轉(zhuǎn)軸的指向就是天上的北極點。平時我們住在地球上,跟著地球一起轉(zhuǎn),就像坐旋轉(zhuǎn)木馬一樣,我們感覺不到自己在轉(zhuǎn),而是看到天空中的星星在圍繞一點(北極)轉(zhuǎn)圈。
我們地球的自轉(zhuǎn)軸就好像陀螺的轉(zhuǎn)動軸一樣(見圖2),自轉(zhuǎn)的同時還在不停地搖動。當然,地球這個大陀螺的自轉(zhuǎn)軸搖動的速度是非常緩慢的,大約26000年才會搖動一圈。這就使得群星圍繞其旋轉(zhuǎn)的北極點在短時間(幾百年)看起來是不變的,但長時間(上千年)上來看就有變化了。
圖2
例如,歷史上某時期地球的自轉(zhuǎn)軸指向當時的北極點(如圖3),人們就在北極點附近找了一顆比較亮的星星作為那時候的“北極星”啦。
圖3
過了一段時期(幾百年到一千年)以后,人們發(fā)現(xiàn)群星旋轉(zhuǎn)的中心已經(jīng)不在原來那顆“北極星”附近了,而是移到了天空的另一個位置(新北極點)。于是,人們就在這個新北極點附近找了另一顆星星作為“新北極星”來指示新北極的方向(如圖4)。
圖4
比較兩個時期的天空背景,我們會發(fā)現(xiàn)天空中的星星和星座的形狀都沒有變(曾經(jīng)做過北極星的那些星星都還在,星星之間的位置關(guān)系也沒變),變化的只是地球極軸的指向和配合新指向的“新北極星”了。
圖5
所以古人會隔幾百年(或上千年)換一顆星作為指示北極點的“北極星”。圖5 就表示古今和未來,哪些星星曾經(jīng)做過北極星和即將作為北極星。例如在公元前2800 年左右,天龍座α(中國古代星名叫右樞)是當時的“北極星”;在公元前1100 年左右,小熊座β 星(即北極二,別名紫微星、帝星)是當時的“北極星”;現(xiàn)在我們的“北極星”是小熊座α(勾陳一),它將在公元2100 左右非常接近真實北極,然后開始慢慢遠離北極;那以后我們就該再換一顆星作為將來的“北極星”啦。
由此可見,中國觀星歷史的悠久和知識的積累傳承多么重要,如果沒有歷代人們的觀測和記錄,光靠一代人甚至幾代人都不可能發(fā)現(xiàn)天上星星的運動有這么長周期的變化。這個變化雖然緩慢,但也可以通過長期觀測和比較天空中北極點的變化,以及黃道附近群星位置記錄的系統(tǒng)變化,通過數(shù)據(jù)的比較和推算,得出每年的變化量,這就是歲差。中國晉代天文學家虞喜,就是在自己觀測和與前人觀測記錄的比較中發(fā)現(xiàn)了歲差,后由南北朝天文學家祖沖之首先引入到歷法推算中,以后直到現(xiàn)在,我們的天文歷法、天文星表等數(shù)據(jù)都必須定期對歲差進行修正。
根據(jù)文獻記載,生于公元前二世紀左右的古希臘科學家喜帕恰斯也是在對比前人記錄和自己觀測結(jié)果的時候發(fā)現(xiàn)了歲差,他是西方最早發(fā)現(xiàn)歲差的人。但是產(chǎn)生歲差的機制和原理,還是到了近代,由科學家牛頓用物理學原理給予了正確的解釋,即由地球自轉(zhuǎn)軸的進動引起。知道了原理,我們現(xiàn)在可以用已知的規(guī)律編制軟件。利用觀星軟件(例如Stellarium)可以實時觀看古代、現(xiàn)代和未來的星空,也可以反過來,用軟件演示的古代星空與流傳下來的真實天文記錄相對照,核對古人記錄的天文事件發(fā)生的年代和觀測者的地理位置等信息,非常有利于現(xiàn)代人對古天文的研究和傳承。
問題1:你能說說古人看到的星空與我們現(xiàn)在看到的星空,有哪些是一樣的,有哪些是不一樣的?
問題2:你能在現(xiàn)代星圖上找出古代各個時期的北極星嗎?
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2023年第2期《中國古人對宇宙的認識(2)一文作者為中國科學院天文臺郭紅鋒,特此更正。