为什么北斗七星总是环绕北极星旋转?
在北半球的夜空中,位于北方天空的北斗七星十分显眼,这七颗恒星分别是大熊座的天枢(贪狼)、天璇(巨门)、天玑(禄存)、天权(文曲)、玉衡(廉贞)、开阳(武曲)以及瑶光(破军)。它们看起来比其他星星明亮,而且排列成勺子状。
如果沿着天璇和天枢的方向延伸大约5倍,可以找到另一颗亮星,这就是北极星。无论在什么时候观测北斗七星和北极星,都会观测到这样的现象。
那么,为什么北斗七星总是环绕北极星旋转?北斗七星和北极星有什么关系呢?为什么它们会高悬于北方天空呢?
在我国古代,北斗七星被用来“定四时,分寒暑”——“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。”通过北斗七星的斗柄方向变化,可以知道季节更替。
随着现代天文学家的发展,人类对于北斗七星和北极星的认识有了长足的发展。北斗七星和北极星看似有关联,实际却毫不相干。
地球绕着自转轴旋转,自转轴的一端被定义为地理北极,另一端为南极。北极星所处的位置非常接近地球自转轴的延伸线,所以无论地球怎么自转,北极星也不会升起落下,而是会在北天极附近打转。北斗七星离北天极较远一些,随着地球的自转,我们在地球上会看到北斗七星沿着逆时针方向绕着北极星旋转,因为从北天方向看地球的自转是逆时针的。
虽然地球会环绕太阳公转,太阳还会带着地球以每秒230公里的速度在太空中运动,但北斗七星和北极星在夜空中的相对位置不会发生变化,这是因为这些星星离地球十分遥远。北斗七星、北极星与地球的距离是日地距离的数百万倍至数千万倍,即便地球在公转,并且在绕着银心运动,但每年的位置变化非常小,人眼无法察觉出来。
随着地球的公转,如果在每晚的同一时间观测北斗七星,可以看到北斗七星沿着逆时针方向绕着北极星旋转,因为从北天方向看地球环绕太阳的公转方向是逆时针的。
总之,北斗七星绕着北极星旋转是由地球的自转和公转引起的,而不是它们之间的引力作用所致。事实上,北斗七星与北极星相距非常遥远,它们之间的引力作用弱到可以忽略不计。
北极星距离地球大约433光年,天枢距离地球大约123光年,根据余弦定理可以算出北极星和天枢之间的距离约为310光年。同样地,可以算出天权与北极星的距离为352光年,瑶光与北极星的距离为329光年。
不仅如此,北斗七星之间也没有直接联系,它们之间的距离也是相距遥远,例如,开阳、玉衡与地球的距离都大约为83光年,它们之间的实际距离为25光年。这些恒星之间并没有什么直接关联,它们只是从地球上看起来离得很近。
随着太阳系与其他恒星系统在银河系中的运动,恒星之间的相对位置在长时间下将会发生明显变化。随着时间的推移,北斗七星的形状将会发生变化,遥远的未来不再有北斗七星。另外,由于地球的岁差现象,自转轴朝向在不断偏移,北极星也会发生变化。总之,星空并非亘古不变。
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