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北极星为何一直不动
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?
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川陀太空  天文、航空航天科普达人
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。
乔小海  天体物理学博士 科普作者
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。
松鼠老孙  天文学博士 科学松鼠会会员
这里面有两种因素需要讨论,一是题主所说的,太阳自身(带着太阳系)的运动,即在银河系内的公转。另一种因素是,地球自转的不稳定性,地球进动。
由于恒星之间的距离过于遥远,其实数千年里,太阳自身运动的效应其实可以忽略不计。反而是我们地球进动,也就是地轴指向,让北极星,北极位置一直在改变。北极星是指最靠近北天极的恒星,北天极所在的位置可能并没有裸眼可见的恒星。
也就是说,各个时代的北极星其实是不一样的。现在的北极星是小熊座尾巴上的勾陈一。到公元14000年将是织女星。每隔25800年,极星要循环一圈。
艾伯史密斯  科学达人
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。
忘川星玉 历史问答达人
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。
游子天涯君莫问 文化问答达人
答案:是的,几千年来太阳系的确只走了一段近似直线的距离。
北极星和北斗星
几千年,对以万年为单位的地球来说都太短了,更何况以亿年为单位的宇宙。银河系半径为十万光年。太阳系距离银河系中心约3.2万光年,而银河系自转一周(即太阳系围绕银河系中心公转一周)的时间时间是3亿年左右。数千年乃至数万年都显得太短暂了。如果把银河系自转一周的时间比作地球自转一周的时间时间的话,人类观察宇宙的时间(3000年)差不多十万分之一天,连一秒都不到。在这个瞬间内,任何东西东西都是静止的。
因此,不只是北极星不动,在地球上,每年特定的时间内的特定的恒星都是不动的。这就是“恒星日”。是天文历法种最精确的一种历法了。历来是中国古代天文历法的一个重要参考对象。至于其他时候的恒星位置不一样,是因为地球本身围着太阳公转的原因。
至于所谓的北极星的位置固定不动,那是因为它在地球的北极附近的位置上,而地球的两极在地球公转的时候变动较小。因此看起来变动不大。
长眉1958
艾先生对悟空提出的这个问题,科普的很好!我只想就行星进动多说两句。水星进动,曾经成为爱因斯坦相对论比牛顿万有引力精确的一个证据,其实,不光水星、地球有进动,所有行星公转周期都有“进动”。所谓进动,就是行星每绕太阳一周,都不是封闭的圆或椭圆轨道,而是以螺旋周期递进回归的。地球自转轴指向北极,并非固定的一个点,而是一个25700年(也有科学书籍中,直接说是26000年)的螺旋回归轨迹,轴在天球上划了一个圆圈。这种回归与牛顿和开普勒的每一个椭圆轨道不矛盾,它是行星在太阳系平面(黄道面)上下波动的不同数据,木星现在还在向太阳、地球方向进动,拉普拉斯认为木星公转轨道也会回归,不必担心它会"落"向太阳。行星每绕太阳一周后,下一周没有重复前一周轨迹,并不难理解,螺旋线本来就具有周期性,这也是用牛顿理论发射人造天体,照样准确无误的原因。周期和进动之间没有矛盾。以上仅个见。
人类的方向  头条号科学科普作者
有道是“天上众星皆拱北,世间无水不朝东。”刘欢更有歌唱道“大河向东流啊,天上的星星参北斗啊!”是啊,天上的星星为什么叫北极星一直不动呢?
其实这个问题讲到的现象不难理解,只要有一定的地理知识的朋友一定知道,因为地球的自转轴北端指向的方向正是北极星的位置,而我们在夜晚仰望星空,看到星星在不同时间会有位置的变化,都是由于地球的自转造成的,比如冬天的夜晚天刚黑的时候,猎户座是在正南方向的位置,到了夜里11点钟它就会在西南方向了,这正是由于地球自西向东自转造成的。然而由于北极星位于地轴北端的方向,所以看上去它几乎是不动的。就好像我们拨动地球仪,地球仪两极的两端和基座的连接点是不动的。
然而地球还在公转,那么按道理讲,北极星的位置是应该会有一些变化的,但是由于北极星距离我们太远了,有434光年的距离,所以虽然地球的公转过程中直径跨越了3亿公里的距离,但是看上去北极星的位置并没有什么变化。
但是如果以千年万年的长时间去观察的话,其实北极星的位置是有变化的,天文学家根据观测推测,到公元14000年时,北极星的位置将不再是目前的勾陈一,而是织女星。这是因为每隔25800年,极星要循环一次,所以在不同的时间中,地轴指向的极星的位置也是不断变化的,据说在麦哲伦航海的时代,勾陈一距离北天极有约8度的角度差,而到今天,勾陈一更靠近北天极了,角度差只有40′,所以看起来地轴指向的北极星位置的变化还是很大的,到公元2100年,勾陈一将到达离北极点正上方最近的位置,它距离北天极将只有28′,之后勾陈一就将逐渐远离北天极,一段时间之后,北极星将会为其他的恒星取代。
这里再说一下勾陈一,它是目前的北极星,也是小熊星座中最亮的一颗恒星,处于小熊座的尾巴尖端,即小熊座α星,是光谱型为F型的黄巨星,距离地球约434光年,质量约为太阳的4倍,不过勾陈一并不是一颗恒星,而是一个三合星系统。
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戏曲说 文化问答达人
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。
宇宙科学攻坚组
不是北极星一直不动,而是地球的地轴在人类有天文知识的几万年甚至十几万年以来倾斜角度变化很小,地球在这期间是个乖乖的稳稳的典型的陀螺仪,地轴始终没有大的变化,这也说明太阳正处在稳定的燃烧期,太阳系的内力接近平衡状态,十分有利于行星运行和生命发育。漫天星光,亿万颗微弱的恒星星光汇集在一起,就是物质万有引力的来源,万有引力不是吸引力,而是宇宙星光的压力。北极星是地球的福星,亿万年为生命的摇篮默默的提供着方向标和贡献着自己一份弱弱的星光。
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