在野外如果迷失了方向,而自己手头上既没有手机又没有指南针,如何依靠星空观测辨别方位,从而走出困境呢?说说容易,但真正要做到却很难,需要有较为丰富的天文知识。

但有一个简单的方法,就是通过北极星辨别方向。

现在的北极星是恒星勾陈一,距离地球约 433 光年,是小熊座最亮的恒星,视星等在 1.86 至 2.13 之间变化,也是全天排名第 48 位的亮星。勾陈一之所以被称为北极星,是因为它的位置处于地球自转轴的北天极,也就是北极上空那根看不到的虚拟轴线指向的天际,看到了北极星,就知道那里是北方。

地球每时每刻都在自转,因此,们看到的星空恒星位置除了北极星,都在旋转,每天就旋转一天。只有北极星由于在轴线上,所以没转,一直在那个位置,由此成为了人们辨别方向的灯塔。

但北极星也不是固定的,这是由于地球摆动导致的岁差效应,那根看不见的轴指向的天际也会转一个小圈圈,转一圈要25772年,这样北极星就会轮流执政,地轴摇摆着转一圈沿线的亮星就有成为北极星的机会。

公元前 3000 年的北极星是天龙座 α 星,又叫右枢星;大约1000年前,北极星被勾陈一接管,这颗恒星的国际通用名为小熊座α星;大约再过 500 年,北极星的名号会被仙王座的勾陈五取代;约 1.2 万年后,天琴座α星,也就是织女星将成为新的北极星。

这些对于一个人来说,都是很久远的故事,我们无需介意。只要找到现在的北极星,也就是勾陈一,就可以辨别方位了。认准了北极星,就认准了北方,如果将天球看作一个钟面,把北极星当作0点(或12点)位置,按顺时针转一圈,3点方向就是东方,6点方向就是南方,9点方向就是西方。

当然,要找到北极星,依靠北极星来辨别方位,前提是夜空要清朗,观测条件好,一直能够看到北极星。否则,如果后来没有星空或其他标志参照物,走着走着,由于人们走路都有微小的不对称性,就会出现转圈圈现象,就是走来走去又回到了原点,迷信的说法叫“鬼打墙”。

还有,用北极星辨别方位,只适用于北半球。南半球的人们看不到北极星,是通过南十字座星群定位南天极,这里就不展开说。

野外夜空要找到北极星,有两种方法:

之一,利用北斗七星定位北极星。北斗七星是大熊座内的一个星群,从 “勺口” 到 “勺柄” 位置对应的名称分别是天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳和摇光。北斗七星很好找,观测条件好的夜空,这七颗星就挂在北方天际,勺口的天枢和天璇两颗星与北斗星正好成为三点一线,天枢与天璇距离延伸约五倍位置就是北极星。

之二,借助仙后座定位北极星。仙后座由五颗亮星组成,形状像一个 “W”。将 “W” 两侧的两颗端点星(王良一和策星)连线,向 “W” 开口方向延长约两倍距离,延长线的交点附近那颗亮星就是北极星。

以上是最简单的野外依靠星空辨别方位的知识。其他要依靠星空定位或定时,就比较难了。每天的星空并不是一成不变的,而是随着时间每天都在动态变化。这是由于地球每时每刻都在自转,这种自转是自西向东,因此我们每天看到的星空就像太阳一样,不断的西移。

而随着地球公转,天球又在不断缓慢“东移”,也就是每天星空都会提前约4分钟东升西落。这样,如果要根据天上星座来辨别时间,就必须熟知不同的星座不同的季节同一时间在什么方位。这既要有深厚的天文星座知识,又要有丰富的观测经验积累才能办到。

北极星与北斗星奇妙组合,可以帮助人们确定时间

北斗七星整体围绕着北极星旋转,勺柄就像一根时针,每个晚上不同的时间指向不同方位,由此北方天际就像有一个钟盘,人们可以通过这个钟盘辨别时间。

但天球视运动每天都在东移,因此,除了北极星,夜空中我们看到的所有星辰,每天同一时刻的位置都会不一样,都会向东偏移约1°,也就是西升东落提前约4分钟,一年就会移动一圈360度,回归约24小时。

这样,每个季节的星空图就不一样,以北斗七星为例,它们围绕着北极星旋转,勺柄在不同季节指向的方位就不一样。这样,自古以来就有了这样的谚语:勺柄指东,天下皆春;勺柄指南,天下皆夏;勺柄指西,天下皆秋;勺柄指北,天下皆冬。

就是说北斗七星斗柄,即春天(3~5月位置的指向)勺柄指向东方;夏天(6~8月)勺柄指向南方;秋天(9~11月)勺柄指向西方;冬天(12~2月)勺柄指向北方。见下面图表:

这里特别要强调的是,每个季节都必须在同一时间观测,观测时间必须在黄昏时候18~20点之间,否则位置就完全不同了。因为地球每时每刻都在自转,一天要自转一周,天球视运动就围绕着地球转一圈,每个时刻北斗七星的斗柄都像钟表的时针一样指向不同的刻度。如果每天以不同时间观测来定季节,就会出现每天都有春夏秋冬的荒唐事情了。

正因为每天不同时刻,北斗七星的勺柄指向不同的天区,可以为我们确定当天晚间时间提供了方便。但由于地球公转导致的天球东移现象,每天同一时刻勺柄指向的位置都在变,而且不同的地域看到的星空也有区别。

因此,要看北斗定时间,需要有丰富的天文知识和观测经验。我们以在北京观测为例,北京位置在北纬 39°48′~41°05′之间,东经 115°25′~117°30′之间,无论 9 月哪个夜晚、几点观测,北极星始终在正北方向,地平高度约 40°。

由于北斗七星是围绕着北极星做逆时针旋转,因此,我们在观测时要将这个假设的钟盘倒置,下方(正北)为12点,上方(正南)为6点位置。这样,以北极星为轴心,北斗七星围绕着轴心做逆时针转动,9月份北京(北半球中纬度)夜晚北极星勺柄指向不同方位,与北京时间对应见下面图表:
由于地理位置不同,相同时间中国各地看到的北斗北极钟时刻会略有区别

中国各地看到的北斗七星时间规律本质一致(均遵循地球自转与公转导致的星空运动规律),但因经度、纬度差异,实际观测时的具体时间位置细节会有差异,关键差异在于:经度不同,则同一北斗形态的北京时间不同;纬度不同,北斗七星的地平高度、可见时长不同。

具体来说,可以从以下两个方面理解:

中国东西经度跨度约 62°,即从东经 73° 的新疆帕米尔高原,到东经 135° 的黑龙江乌苏里江。按实际感觉(也就是时区)来看,经度每差 15°,地方时就差 1 小时(东边比西边早)。而我们日常用的 “北京时间” 是东经 120° 的地方时,因此不同经度地区看到同一北斗位置(如勺柄指向正南)的 “北京时间” 会有差异。见下面图表:

中国执行的都是北京时间,各地的时间是一致的,而北斗七星指向的时间是客观的不以人的意志为转移的,因此,相同的北京时间,不同经度看到的北斗七星勺柄指向位置就会不一样。如东边城市哈尔滨、上海根据北京时间,就能更早看到北斗七星的特定形态,西边城市如喀什、伊宁则需要更晚才能看到相同形态。

中国南北纬度跨度约 50°,即从北纬 4° 的海南曾母暗沙,到北纬 53° 的黑龙江漠河,而北极星的地平高度≈当地纬度,北斗七星围绕北极星旋转,因此不同纬度地区看到的北斗高度和是否会沉入地平线有显著差异。见如下图表:

综上所述,利用北极星和北斗星观测时间的规律和方法,全国基本一样,但按北京时间来描述,总体上遵循东边早、西边晚;北边高、南边低;北边看得更全、南边秋季可能看不全这个规律,尤其在低纬度地区(如海南)观测,建议优先选择春季或夏季,此时北斗位置较高,尽量避开秋季午夜后时段。

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来源: 时空通讯