这是一个在日常生活中我们经常发现的问题,但也是最容易忽视的一种现象。无论是古代还是现代,在晴朗的夜晚抬头观看璀璨的星空,既能够带来心情的愉悦和放松,也可以深入思考宇宙运行规律和反思生命的真谛。而投影到天幕上的星星,其相对位置在每天相应时间段的变化微乎其微,这也成为古代人们观测天象、修正历法和指导农业生产的重要依据。而作为普通群众的我们,在科学家们通过长时间观测形成的星空图的指引下,也可以很轻松地找出所要寻找的星体,那么在此过程中,我们不免心生疑问,就是宇宙中所有星体,每时每刻都在快速地移动,为何我们在夜空中看到的位置不会发生变化呢?

打开网易新闻 查看更多图片

我们判断物体所处位置的依据

我们在地球上观察任何一个物体,当在一个时间点上来看,确定其位置的依据就是它所处的空间坐标,那么,如果这个物体与我们相对静止,我们通过这个空间坐标就会很容易地找到它们,利用地图导航就是这个原理。而从我们地球的视角出来,标注星体在天空中的位置,就用这个时间点的星空图位置来表示,是一样的道理,只不过它是远近不同的星体,在大气层上的投影而已。

而目标物体如果与我们地球是处于相对运动的状态,那么无论是在地球上的物体,还是处在宇宙空间中的星体,我们所观察到它们所处的空间位置肯定不是固定不变的,而决定可视速度大小的因素主要包括两个方面:

打开网易新闻 查看更多图片

一是与观测者的距离。距离越远,在相同的速度下,投影到地球上的平面位移就越小,我们所看到的物体可视运动就越慢。

二是相对运动速度。同样的距离,在相对运动速度较大的情况下,其投影到地球上的平面位移就越大,我们所看到的物体可视运动就越快。

由于宇宙空间中的星体,都是围绕着一个引力源作周期性的运动,那么,在上述这两个因素的影响之下,决定着我们观测到的运动情况,就转化为目标星体的线速度和角速度。

线速度,对于星体来说,就是沿着公转轨道切线方向的直线速度。在与地球相同距离情况下,星体的线速度越快,则我们观测到的星体运动速度就越快。角速度,就是星体在绕着引力源方向作公转运动的同时,单位时间内所移动的角度值大小。在与地球距离相同的情况下,星体的角速度越快,则我们观测到的星体运动速度也越快。地球在银河系中的运动

从以上的分析我们可以看出,在判断目标星体相对地球的运动状态时,必须要把地球和目标星体统一进行考虑,来判断我们所观测到的线速度与角速度值的变化规律。

首先来看一下太阳系内的观测情况。以地球为观测点,来观察所围绕运动的太阳、太阳系内各行星、或者月球的变化情况,我们可以根据相互之间的运动周期规律,测算出相应的运动线速度和角速度。地球自转的角速度为0.25度每分钟,当目标星体在地球上投影的角速度变化率如果等于这个数值,那么在天空上的投影就会永远不会发生变化。而实际上,除了月球以外,每个星体都达不到这个要求,所以我们在夜晚的不同时间段看星空,都会有“西升东落”的感觉。

再看一下太阳系在银河系的运动。太阳系处在银河系4条主要旋臂-猎户臂上,距离银心2.5万光年,围绕银心运动的线速度约为每秒210公里,但一周所需的时间长达2.26亿年之久,如果以太阳系的整体来看,其运动的角速度更加微小,以至于在较长的时间内也不会体现出这种角速度带来的位移变化。

打开网易新闻 查看更多图片

银河系围绕着巨引源的运动。实际上,我们所处的银河系,也在每时每刻都在围绕着巨引源作长时间尺度的运转,据估算线速度更高,达到每秒600公里以上,不过运动的周期更加漫长,从而带动银河系整体与外界星体的目标角度视差更加微小。

银河系是以整体的形态进行着周期性运动

从地球观测者的角度来看,投影到地球大气层上的星体位置的变化,取决于它们分别垂直投影的距离差。而我们在夜空中看到的星星,绝大部分是处在银河系之内的,有极少的一部分是位于河外星系中的最明亮的核心部分。

对于处在太阳系的行星来说,由于距离地球较近,围绕着太阳的公转周期不同,那么在地球上每天相同时间段内的投影就会发生很大的变化,这是将行星与其它位置相对稳定的星体之间的比较所产生的。

而位于太阳系外的银河系内的众多恒星,它们在与地球同侧相同距离内的公转速度基本是一致的,所以在投影到地球大气层上,它们对地球观测者来说的运动角速度也就基本一致,同一时间在地球星空上的位置也就相对固定了。

而如果与地球的距离差非常大的两颗星体,其本身围绕银心运转的速度就会有非常大的差异,那么即使投影到地球大气层上,它们之间的相对位置也会发生变化,比如北斗七星在有观测记录时与现在相比,就发生了比较明显的相对位移,而且在不同的季节,其相对位置也不尽相同。

打开网易新闻 查看更多图片

总结一下

我们在观测星空时,之所以看到星体之间位置基本没有发生变化,一方面取决于目标星体之间围绕引力源运动,其角速度和线速度在地球上的投影变化速度很小。另一方面这种公转速度带来位置变化的累积效应比较微弱,以至于我们需要通过几年、几十年甚至成百上千长时间的观察才可以发觉到这种变化。