天體視運動

天體視運動，地面觀測者直觀觀測到的天體的運動，主要是由地球自轉引起的。

基本介紹

• 中文名：天體視運動
• 外文名：apparent motion of celestial bodies
• 定義：地面觀測者直觀測到的天體的運動
• 原因：地球自轉引起的

定義

天體視運動（apparent motion of celestial bodies）地面觀測者直觀觀測到的天體的運動，主要是由地球自轉引起的。對太陽系內的天體來說，地球繞太陽公轉和這些天體本身的空間運動也是形成天體視運動的重要原因。

在太陽系外的各類天體中，一些近距星的視位置還要受到因地球公轉所引起的周年視差和太陽本動帶來的長期視差的影響。另外，歲差和章動、光行差、自行和大氣折射等也會引起天體在天球上視位置的改變，但這些通常都不屬於天體的視運動的研究範圍。

原因

天體的周日視運動現象是怎樣產生的呢？由於在周日視運動的過程中，星星之間的相對位置和星座的形狀保持不變，所以古時候的人們認為整個星空是在繞著一條軸線旋轉。通過長時期的觀測研究，人們終於認識了天體的周日視運動其實是地球自轉運動的反映。

解釋

就像人坐在賓士的火車裡看到外面的房屋、樹木在向後跑一樣，地球每天繞自轉軸自西向東旋轉一周，地球上的人們就會看到所有的星星每天都繞著一個軸自東向西旋轉一周。這個旋轉軸與地球的自轉軸方向一致，叫做天軸。天軸和天球相交於兩點，和地球北極相對應的一點叫做北天極，和地球南極相對應的一點叫做南天極。

運動

太陽和月亮的周日旋轉是大家都非常熟悉的。要觀測恆星的周日視運動，你可以在天黑以後，選擇夜空中特徵明顯的一個星座，記準它在天球上的位置。過一個小時以後，你再去看，就台發現這個星座已經在天球上移動了大約15度。

當恆星在做周日旋轉的時候，北天極和南天極是固定不動的，而兩個天極附近的恆星(即拱極星)的運動軌跡呈一個個的同心圓。恆星離天極越近，所得到的圓圈的半徑就越小，小熊星座星很靠近北天極，人們通常就把它叫做北極星。北極星在周目旋轉中的軌跡是一個極小的圓，我們幾乎可以認為它是固定不動的。假如你有興趣的話，在晴朗無月的夜晚，有照相機對準北極星露光一小時左右，你就可以拍下拱極星周日視運動的軌跡了。

天體視運動

中緯度地區所見的恆星周日視運動

特殊的地區

另外，對於地球上各個不同緯度的觀測者來說，他們所看到的天體的視運動線路和地平間的關係也各不相同。下面我們找幾個特殊的地區來給大家做一簡單的介紹。

在北緯40度地區。觀測者可以看見北極星在正北地平線上空高40度的位置。從正東方升起的星傾斜著移向南方，到上中天時(即到正南方時)，它距離地平線的高度是50度，以後它又傾斜著向西移動，由正西方落到地平線以下。在這一緯度上可以看見距北極星40度以內的星永遠不沉入地平線以下，它們一晝夜圍繞北極星旋轉一周；而南面有同樣大一部分星空是永遠不升到地平線以上，即永遠看不見的。

在地球赤道上的觀測者，能夠看見全天所有的星星，北極星在正北地平線上，南天極則在正南地平線上。從東方升起的星，垂直上升，上中天以後又垂直地下降，由西方落入地平。

天體視運動

在地球兩極的觀測者可以看見所有的星星都不上升也不下落，北天極或南天極正在：頭頂上，全部星星周日旋轉的軌跡都和地平圈平行，只是距離地平圈的高度各不相同。在北極只能看見北半天球的星，在南極只能看見南半天球的星。

周年變化

如果你是一個細心的觀測者，每天晚上都在同一時間來觀察星空，那么你就會發現原來在正南方天空上的星座，一兩個月以後就移到了西方，而原來在西方地平線上的星座已經落到西方地平線以下看不見了。如果你再仔細一些，，找一個坐北朝南的建築物，站在它的後面，順著東牆面的視線，找一顆位於正南方的星，並記住它。第二天晚上，當這顆星再次到達正南方時，說明地球已經自轉了一圈。用鐘錶測定一下這穎星兩次出現在天空同一位置的時間間隔，你會發現它並不是整整24小時，而是23小時56分4秒，顯然這是地球自轉的真正周期。這一現象告訴人們；同樣的星空，明天會比今天約提前4分鐘到來，後天會提前約8分鐘，依次類推，半個月後會提前1小時，一個月後會提前2小時。要想在同樣的時間看到同樣的星空，則須等一年以後。星空的這種周年變化，古人早就發現了。我國古書中所記"斗柄東指，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。"就是指這種現象說的。有興趣的話，你不妨也觀察一下北鬥鬥柄的這種變化，不過要記住，須在每天晚上8點前後觀察。

觀測研究

星空的周年變化是怎樣產生的?通過長期的觀測研究，人們認識到這是地球繞太陽公轉的反映。這個道理我們用一個很簡單的圖就可以說清楚。圖中S代表。太陽，圓abcd代表地球繞太陽公轉的軌道，A、B、G、D代表天上的星座；當地球在a點時，我們看到太陽在星座C的方向。星座C和太陽同升同落，太陽的光輝將它完全淹沒了；我們在地球上用肉眼根本看不見它。而星座A與太陽的方向相反，晚上就會在天空出現。同樣，當地球運行到b點時，星座D被太陽的光輝所淹沒，在地球上看不見它，而星座月在晚上能被看到。就這樣，地球繞太陽公轉一周，我們從地球上看到的就是太陽從一個星座移到另一個星座，經過一年時間，太陽也繞著天球轉了一周。這種直觀的運動，就叫做太陽周年視運動。

天體視運動

黃道

太陽周年視運動的路徑叫做黃道。黃道兩測各8度的區域叫做黃道帶。古時候人們將黃道帶中的十二個星座稱為黃道十二宮，它們的名稱是：雙魚、牡羊、金牛、雙子、巨蟹、獅子、室女、天秤；天蠍、人馬、摩羯、寶瓶。從春分點起，每隔30度便是一宮。太陽一個月經過一個宮，即一個星座。白天看不到太陽所在的星座，但在當天晚上可以看到同太陽相對的星座。例如，春分前後，太陽在雙魚座，晚上能看：到秋季太陽所經過的室女、天秤等星座。

周日視運動

周日視運動

由於地球自轉，地面上的觀測者看到天體於一恆星日內在天球上自東向西沿著與赤道平行的小圓轉過一周。這個圓稱為天體的周日平行圈。這種直觀的運動稱為天體的周日視運動。周日視運動是一切天體最顯著的視運動。在用天體照相儀對北極天區所拍得的照片上，可以清晰地看到北極附近恆星的周日視運動軌跡。

天體視運動

重要意義

在地球北極處,北天極與天頂重合,天體的周日平行圈與地平圈平行，天體既不升起，也不下落，永遠保持同一高度。那裡只能看到天球北半部的天體。在赤道處，天極落在地平圈上，天體的周日平行圈與地平圈相垂直，天體沿著與地平圈垂直的圓周自東向西作周日視運動。那裡可以看到全天的天體。天體因周日視運動不斷改變著自己的地平坐標，即方位角和高度。天體在作周日視運動時，經過天球上一些特殊的圈（包括大圓和小圓）或點，這些現象在天體測量工作中具有重要意義。

中天

天體經過觀測者的子午圈時稱為中天。經過包括天極和天頂的那半個子午圈時，天體到達最高位置，稱為上中天;經過包括天極和天底的那半個子午圈時,天體到達最低位置，稱為下中天。

天體視運動

出沒

天體經過觀測者的地平圈時稱為出沒，也稱升落。天體從地平圈下升到地平圈上稱為出，反之稱為沒。永不下落和永不上升的天體沒有出沒現象。由於地球公轉等因素的影響，不同日期內天體周日視運動的軌跡是有變化的。對太陽系的天體，特別對太陽和月球來說，它們的赤道坐標在短時期內有顯著變化，它們的周日視運動的軌跡變化較快，尤其是每天的出沒時刻和方位以及中天的時刻和高度都會有顯著的變化。但對於恆星來說，這種影響是極其微小的。

太陽視運動

鐘錶指針運動方向與太陽視運動方向的關係

太陽除參與因地球自轉引起的周日視運動外，還存在因地球公轉引起的在恆星背景上的相對運動，即周年視運動。太陽因周年視運動在黃道上自西向東每天移動約1°。在一年的不同日期內,太陽的赤經、赤緯的變化，引起晝夜長度的變化。對北半球來說，一年內只有兩天，即春分和秋分，太陽由東點出，西點沒，晝夜相等。從春分起,太陽的出沒方位逐漸北移,夏至日到達最北點。在這段時間內，太陽出的時刻逐日提早，而沒的時刻逐日延遲。同時中天高度越來越高，白晝變長，黑夜縮短。夏至那天中天高度最高，白天最長。夏至以後，太陽的出沒方位逐漸南移，中天高度逐漸下降。秋分以後，太陽的出沒位置已在東、西點以南，晝短夜長。這個過程一直延續到冬至日為止。這時，太陽的出沒位置到達最南點，白晝最短,黑夜最長。以後,太陽的出沒點重新北移，到春分點時晝夜又相等，完成一年一周的運動。由於緯度不同，太陽周日視運動的變化情況也有所不同。緯度越高，夏季白天越長，冬季白天越短。極圈以北開始出現“白夜”和“黑晝”。在地球北極，則是半年白天，半年黑夜，太陽不再每天東升西落。南半球的情況和北半球完全相同，只是冬和夏、春和秋，恰好相反。在赤道上，一年四季晝夜的長短是不變的。

天體視運動

月球視運動

月球的視運動

月球除了周日視運動外，由於它圍繞地球每月公轉一周，地球上的觀測者還看到它自西向東在星座之間移動。月球的這種運動引起月球赤經、赤緯和黃經、黃緯的不斷改變，使月球的周日視運動軌跡發生相應的變化。在一年的不同日期內，月球的出沒方位角和中天高度變化很大。因為白道很靠近黃道，月球一月之內在天球上運動的情況與太陽的周年視運動相類似。同一月相在一年內不同月份的周日視運動軌跡也是不同的。以滿月為例，在北半球的夏季，滿月的運動情況與冬季的太陽相似，從東南升起，在西南下落，中天高度較低,照耀時間較短。冬季的滿月則從東北升起,在西北下落，中天高度較高，照耀的時間也較長。其他月相也有類似的情況。月球平均每天東移約13°，因而升起的時間平均每天推遲50分鐘左右。

行星視運動

行星的視運動

行星是太陽系內的天體，它們除參與周日視運動外，還因地球的公轉和行星本身的繞太陽公轉運動而不斷改變其對於恆星的相對位置。行星在天球恆星背景上的相對運動與太陽和月球的情況不同。對太陽和月球來說，這種運動的方向始終是朝東的。對行星來說，則有時朝東，有時朝西，這是地球和行星二者的公轉運動合成後在天球上的反映。行星的朝東運動稱為順行，朝西運動稱為逆行。行星的主要運動方向為順行。順行和逆行之間的轉折點稱為“留”，在留附近行星相對恆星背景的運動是很慢的。

會合周期

以地球為中心，地球和行星的連線與地球和太陽的連線之間的交角在黃道上的投影稱為行星的距角。距角為0°時稱為“合”，這時行星與太陽的黃經相等,行星為太陽的光輝所淹沒。距角為90°時稱為“方照”。距角為180°時稱為“沖”。行星相對恆星背景運動一整周所經歷的時間，稱為行星運動的恆星周期；行星按同一方向連續兩次經過同一距角位置所經歷的時間，稱為行星運動的會合周期。

上合

地內行星和地外行星的距角變化情況有所不同。地內行星離太陽比地球近，它在任何位置上的距角都不會超過某一數值，因而不會出現沖和方照的現象。具體來說，水星的最大距角不超過28°，金星的最大距角不超過48°。在天球上，它們有時位於太陽以東，太陽落下後不久出現在西方地平線附近，稱為昏星；有時位於太陽以西，太陽升起前不久出現在東方地平線附近，稱為晨星。地內行星在一個會合周期內距角有兩次達到極大值，即東大距和西大距，這時是觀測地內行星的最好機會。地內行星在一個會合周期內可以出現兩次合：一次在地球和太陽之間，稱為下合；另一次它同地球分在太陽兩側，稱為上合。

最好機會

地外行星和地內行星不同,它們離太陽比地球遠,在一個會合周期內距角可以從0°變化到360°，可以出現一次沖、一次上合和兩次方照。行星在太陽以西時稱為西方照,在太陽以東時稱為東方照。地外行星沖時,離地球最近。在行星軌道近日點附近出現的沖稱為大沖，大沖是觀測外行星，特別是觀測火星的最好機會。

觀測練習

當我們了解了天體的周日視運動和太陽的周年視運動以後，可以進行一些簡單而有意義的天象觀測。

觀測對象

比較亮的恆星、行星；月亮、日食和月食等。

觀測工具

廣角望遠鏡、120照相機或其他類似的照相機。

觀測方法

進行固定式的照相觀測；把照相機對好觀測對象並固定好，利用天體的周日視運動在視場內的變化，在底片上感光成相。拍照時還可以加上地平景色。另外，可以單獨對北天極附近的星區照相，還可以拍攝有特徵的星座。

露光時間

1；可以是一次性的長時間露光。比如拍攝北天極星區，一次露光最好在半小時到數小時；2．多次等距露光。比如拍月亮、月食和日食等，要對不同的食相或位置進行不同的露光，間距時間要相等，目的是排列整齊好看，拍下一串的天象，即所謂的“糖葫蘆”；3．還可以對同一個對象觀測，既有多次單獨露光，又可以加入長時間的露光，這要看觀測的對象、目的和條件而定；4．拍攝有特徵的星座，露光時間一般不要太長，要以最能顯現出該星座的特徵為宜，一般在數分鐘。

選擇觀測對象

這要根據觀測者的觀測工具、觀測技巧、觀測對象等條件而定。我們僅提供幾點參考意見：

1．拍攝星座時，一定要選擇星象有明顯特徵的星座。比如：獵戶星座、北斗七星、仙后星座、天蠍星座、獅子星座等；

2．拍攝北天極周圍的恆星周日視運動時，最好把北極星放在視場中央；

3．拍攝加地景的天象時，如果明亮恆星和行雖都在視場內最理想，如果日食或月食也能加地景當然更好，

觀測的意義

充分利用天體的周日視運動，了解特殊天象的特色和過程；了解北天極和北極星的關係；認識星座的特徵；把把熟悉天象和練習攝影相結合，好的觀測結果，既是天象攝影，又是藝術珍品。

注意事項

1．拍攝加地景的天象時，事先一定要選好視場內的初始和終了的方向；

2．地景要有地方的特色，必要時，可以補加露光時間；

3．一定要把照相機固定好；

4．最好先從黑白照相練起，熟練後再進行彩色照相；

5．最好是堅持各種觀測，拍攝各種系列資料；

6，要做好全面的觀測記錄：如觀測工具的有關參數、底片型號、天氣狀況、環境條件、對象特徵、露光時間、觀測日期等。這樣的天象觀測新穎獨特，簡單易行，一舉數得，豈不大有裨益。

拍攝新聞

2015年2月25日（具體拍攝日期不詳），位於懷俄明州的魔鬼塔國家紀念區（Devils Tower National Monument）。攝影師Vincent Bradys為模仿著名畫家梵谷的名作《星夜》，他走遍了全美，拍攝了一組主打漩渦狀的星跡和強烈色彩對比的“星空全景圖”。他的拍攝技法十分酷炫，通過將四台裝配有魚眼鏡頭的相機固定在一個十字架上，再運用長曝光來捕捉夜空中恆星視運動的星跡。