我们太阳系外的世界是什么样的？

就像太阳白天在天空中移动一样，星星在晚上穿过天空。每天，太阳似乎从东方升起，在西方落下。当然，这只是一种现象，实际上是地球自转造成的。当然，星星在晚上也是这样表现的。就像在一个巨大的旋转木马上。你觉得自己不是在动，而是周围的一切都在围着你转。这种错觉让很多古人相信地球是不动的，宇宙是绕着它转的。

夜晚恒星的视运动似乎比白天太阳的视运动更复杂。在晴朗的夜晚去户外，在东方地平线附近找到一颗星星。1小时左右，出门再看看。星星已经升起(就像早晨太阳从东方升起一样)。在这1小时里，西边的星星也会落得更低，南边的星星也会从左向右划过天空。这颗独立恒星的运动就是地球自转引起的恒星视运动。因为地球围绕北极星附近的一个轴旋转，所以天空中所有的星星似乎都围绕着北极星旋转。

你只需要一台35毫米的相机和一个三脚架，就能捕捉到周日恒星的明显运动。你只需将相机对准天空中的任何方向，但为了获得最佳效果，请指向北极星。使用便宜的感光胶片(ASA或ISO 200就可以了)，选择一个晴朗无云、风小的夜晚。把相机固定牢固，加大光圈，把镜头调到最大，把快门调到“定时”，然后曝光1 ~ 2小时。洗出来之后，你会看到照片中的每一颗星星都有一条曲线的痕迹。每一条轨迹都是地球自转时天上的星星扫过的轨迹。如果你把相机对准南方或东方或西方的地平线，你也可以拍下星星移动的照片。如果使用彩色照片，还可以捕捉到不同颜色的亮星。

晚上用肉眼能看到多少颗星星？这取决于你观察的地方天空有多清澈和黑暗。在纽约或东京的市中心，你很幸运能看到几十颗星星。但是在乡村晴朗无云的夜晚，视力好的人可以用肉眼看到3000多颗星星。

自新石器时代以来，人们就试图了解天道的本质。一眼望去，满天的星星乱七八糟，都慌慌张张地划过天空。你的第一反应大概是想知道天文学家是怎么找到自己通往恒星的路，了解一切的。再看，情况并没有那么糟糕。你的眼睛和思想已经匹配在一起，下意识地在星星之间连接图案，结果就是一个简单的“连接点成图”的智力游戏。人们在书写之前就开始这样做了。今天，我们已经根据这些模式或恒星群划分了星座(来自拉丁语“cums”和“stella”，分别表示“在一起”和“星星”)。

对于许多早期居民来说，星座的图案有着特殊的意义。祖先们很快注意到星星在天空中不断移动，同一星座在天空中的位置每年同一时间都是不变的。于是星空就成了最早的钟表和日历。它告诉能认出星座的人什么时候能播种、收割、捕捉迁徙的动物。毫不夸张地说，对于我们的祖先来说，天文知识事关生死。

在某些文明中，拥有天文知识就意味着拥有权力。古埃及的大部分经济依赖于尼罗河每年的洪水和洪水退去后留下的肥沃土壤。每年，埃及先知都会回去拜访法老，并准确预测如此重要的大洪水何时发生。他们似乎很享受众神之妻传达的神谕。其实他们只是一些细心的天空观察者。他们注意到天狼星在日出前升起，尼罗河的洪水在那天之后不久就要来临。所以他们每天在黎明前密切监视天空。他们通过这种方式，让人相信他们拥有掌握国家命脉的魔力，甚至超越法老。

现代天文学家将天空分为88个星座。现在一整天被分成88个区域，叫做星座。很多人把星座画成以星星为端点的短线的图案(而不是有连接点的图形)。对于天文学家来说，星座更像是国界。就像美国被划分为48个州一样，任何一个城镇都可以用它所在的州来描述。于是一整天被分成88个星座，任何一颗星星都可以用它的星座来描述。星座本身并不包含科学知识，只是人为强行划定的界限。如果一个天文学家说他的研究对象属于某个星座，其他天文学家就可以得到所讨论的天空区域的大致情况。

星座的名字不是你平时想的那样。当被要求说出一个星座的名字时，大勺子可能是他的首选。说出来可能会让很多人吃惊，但是88星座没有大勺小勺。他们都是星座的一部分。“大勺子”是大熊座的一部分，而“小勺子”是小熊座的一部分。没有单独由勺子组成的星座。天空中这些公认的形状被称为星座。在中国古代，天空不是分成88个星座，而是分成300多个星座。有些是小群星，有些是1对或1颗亮星。

黄道带星座是比较著名的星座之一。在西方传统中，黄道十二宫是环绕天球的一组***12星座。黄道十二宫包括双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、天秤座、天蝎座、射手座、摩羯座和水瓶座。英语中的Zodiac一词来源于希腊语，意为“十二宫”。生肖大多是动物，但双子座、处女座、天秤座、水瓶座不是动物，射手座通常被画成半人半兽。

黄道十二宫对天文学家和占星家来说意义重大。黄道十二宫很有名，因为太阳、月亮和可见的行星都在这个区域运动。这个区域对占星家来说很重要，因为他们把这些神圣天体在一个星座中的出现视为对这个星座的影响。对于天文学家来说，这个区域提供了一个了解太阳系形状和物理属性的视角。黄道星座在天空中占据了一个相对狭窄的地带，提供了很多关于太阳系形状的信息。说明太阳系一定是比较平的。另一方面，这意味着太阳系所有行星的轨道和月球的轨道大致在同一平面。其实除了冥王星，其他行星的轨道平面之间的角度都很小。换句话说，太阳系的形状就像一个以太阳为中心的煎饼。这是角动量守恒自然定律的结果。当我们观察其他恒星周围类似太阳系结构的形成时，我们也会看到类似的盘状结构。

有些星座是古代的，有些是现代的。有些星座，比如狮子座，可以追溯到古埃及法老时代。其他星座是由两位荷兰旅行者彼得·凯撒和弗雷德里克·德·豪特曼在1600左右命名的。这些星座主要分布在南半球。当时他们正在环游世界，看到了欧洲从未见过的星空，然后他们创造了一系列富有想象力的动物名字来命名这些星座。1多个世纪后，为了纪念工业革命中发明的一些工具，尼古拉斯·德·伊姆凯莱(Nicolas de Imcaille)将南方天空中一些零散的星星组成了新的星座:炉座、泵座和显微镜座。当然，很久以前，南半球的土著对于头顶的星空也有自己想象的图案，那就是他们的星座。

在安第斯山脉的居民中，有些星座是暗的而不是亮的。在南美洲的安第斯山脉，在某一时刻，银河系似乎是一条横跨头顶的明亮带，上面纵横交错着暗洞或条纹，这是由于黑暗尘埃阻挡了宇宙中的星光所致。安第斯山脉的居民不仅创造了由连接的恒星组成的星座图案，还特别创造了由这些黑暗区域的形状想象出来的黑暗星座。所以我们在某些地方可以看到这样的“黑暗星座”:狐狸和母鸡。有一个星座叫羊驼，由1暗区和两颗亮星组成。半人马座的阿尔法和贝塔被视为羊驼的两只眼睛。

有时候同一颗星的图案在不同人眼里是不一样的。非土著北美居民眼中的大勺子，被英国人称为犁，却被中国想象成三匹马的马车。在一些美洲土著部落中，大勺子的桶被想象成一只熊，而勺子的柄被想象成猎人追逐猎物。眼力好的人能看出勺柄中间的星星其实是两颗。它们在天空中看起来太近了，所以这两颗模糊的星星被当成一个拿着锅的猎人。在西方人眼里，天上星星组成的曲线就是天蝎座；在波利尼西亚土著人看来，那是毛伊岛抛向空中的大钩子。毛伊岛用这个钩子从深海中捞出泥土，在太平洋中形成了一个美丽的岛屿。

当被问及天空中最亮的星星时，很多人会回答“北极星”。这是一个常见的概念错误。在明亮恒星名单中，北极星勉强排在前50名。北极星出名不是因为它出奇的亮，而是因为它在天空中的独特位置。目前，北极星是距离北天极最近的恒星。北天极在地轴的北极，所以随着地球自转，所有的星星似乎都在绕着北天极慢慢旋转。结果好像所有的星星都在绕着北极星转，北极星在天空中的位置基本一致，始终指向北方。

北极星不在北天极附近，也不会永远在那里。北极星大约在地球自转轴指示的点上。随着时间的推移，地轴会慢慢摆动，就像一个旋转的陀螺。这种运动叫做岁差。岁差变化缓慢，周期为26000年。是地轴在这26000年间在天空中画了一个大圈。目前地轴指向北极星，但在过去和未来，我们的北极星都不会是现在的这颗星，而是岁差圈上或附近的一颗星。在埃及法老统治时期，天龙座的图班是当时的北极星。公元14000年，织女星将成为我们的北极星。它现在是我们天顶附近夏季天空中一颗明亮的蓝白色星星。

如果北极星是北天极的星，那么哪一颗是南天极的星呢？地轴从地心一直延伸到北极，一直到北极星附近，从南极向南延伸，也可以指向天空。但是当你去南极时，你不会发现invivo，因为在那个天空中没有明亮或半明亮的星星。澳大利亚和南美洲的居民可以在南部天空看到许多美丽的星星，但没有invivo。

在北半球，只要有北极星和你的拳头，就可以估算出你所在位置的纬度。因为地轴几乎到了北极星，北极星的地平线高度也就是地球的地理纬度。以纽约为例，大约是北极星41° N，也在北方地平线以上41°左右。伸出手一臂之遥，握紧的拳头在你看来大约是10，所以就纽约而言，北极星大约在北方地平线上方“4个拳头”的高度。相比之下，在迈阿密，纬度是26 N，北极星的高度只有26°左右，也可以说是地平线以上“两个拳头半”。在北极纬度90 N，北极星在天顶；在赤道上，北极星位于北方地平线上；赤道以南，北极星在地平线以下，永远看不见。

同一纬度的人可以看到同样的星星。因为北极星的高度是由观测地点的纬度决定的，同一纬度的人无论在世界的哪个角落，在同一个夜晚的同一个地方，都会看到同一个星空。所以纽约、马德里、安卡拉、北京(一般都在同一纬度)的人，虽然相距很远，但在一年的同一个晚上，看到的是同一个星空。

生活在不同纬度的人，晚上看到的星空不一样。例如，当一个来自纽约的人去里约热内卢或澳大利亚度假时，他看不到北极星附近的大勺子、小勺子和其他星座，因为这些星座总是在地平线以下。但是，像南十字星这样他没见过的星座，会很常见。当他在纽约时，他在南方看到的其他星座会颠倒出现在北方的天空中。

从地球上观测宇宙，会有一些“便宜座位”。观测站对地球的作用是不一样的。以北极为例。北极星总是挂在天顶，因为所有恒星的视运动都是围绕着北极星旋转的，所以一年四季都能看到每颗恒星在自己的高度上。总之，在北极的天空，星星不升不降。南极也是如此，但南极天空的星星和北极的星星完全不同。换句话说，在地球的两极，我们都只看到半个宇宙。南方两点，全天只测一半。它们是“廉价座位”。

哪里是观测星星的最佳地点？观察星星的最佳地点是在赤道上。因为北极星在地平线上，所以一年四季，两个半球可见的星星都会慢慢进入视野。只要一颗恒星在赤道上肉眼可见，就能看到，没有一颗恒星会落到地平线以下。

想象一下，把一盏灯放在房间中央作为太阳，你自己绕着灯转，就像地球的公转一样。在某个时候，任何一点，你身体的一半会被照亮，另一半会在阴影里。这样你就模拟出了地球永远是白天一半晚上一半的状态。如果你在墙上画一颗星星，当光线很亮的时候，在某一瞬间你只能看到星星的一半，因为刺眼的光线让你看不到星星所在的方向。同样的，冬夏两季在夜半球看到的星星也是不一样的，春秋两季也是不一样的。于是，我们在一年的不同时间看到不同的星座，而我们通常在每年同一季节看到的星座都是一样的。

有些星座永远在天上。因为天空中所有的星星似乎都在绕着北极星转。所以一年四季都会有一些星星出现在天空。以纽约为例，纬度为41° N，北极星在北方地平线以上41°的高度几乎不动。所以，北极星41以内的所有恒星，在围绕北天极公转时，都永远达不到地平线。在纽约一年四季都可以看到它们，被称为环极星(来自拉丁语，意思是“围绕着极点”)。在迈阿密的26 N，只有北极星在26°以内的星才是北极星。推到极限，北极的星星都是拱星，但在赤道，没有一颗星星是一直在地平线以上的，星星都是起起落落的。

天空中许多明亮的星星实际上都有独特的名字。这些名字很多来自1000年前的阿拉伯，当时阿拉伯天文学家对天文学做出了巨大贡献，制作了当时最精美的星图。有些阿拉伯名字被我们原封不动地保留了下来，有些则经过了几个世纪的洗礼，融入了西方文化。这两种情况都使得很多亮星的名字很奇怪，甚至可以被识别为外来词。例如，Deneb(天鹅座α)在阿拉伯语中是“尾巴或尾巴上的羽毛”的意思，标志着天鹅身体结构的一部分。双鱼座有一颗星星叫Alrischa，在阿拉伯语中是“结”的意思，指的是星空中把两条鱼绑在一起的绳子上的结。有些明星的名字听起来还是很有节奏的。从左到右，猎户座腰带上的三颗星都有自己美丽的名字:参宿一、参宿二、参宿三。

另一个目录里没有那么多外来词。专业和业余天文学家都喜欢这个更全面的目录。规则既简单又符合逻辑。每个星座中最亮的星星由希腊字母表的第一个字母α代表，后面是星座拉丁名称的形容词形式。比如金牛座最亮的星——毕宿五，在这个星表中被命名为αtTauri(准确表达了“金牛座最亮的星”)。在它旁边，猎户座最亮的恒星有一个有趣的名字Betetgeuse，但它是猎户座最亮的恒星，所以它被称为极光。每个星座中第二亮的星用希腊字母表的第二个字母β表示，后面是星座拉丁名的形容词形式。例如，猎户座明亮的左脚参宿七也被称为βOrionis(意思是“猎户座的第二颗星”)。

不幸的是，希腊字母表只有24个字母，而每个星座的星星远不止24颗。有时两颗或两颗以上的星星在天空中靠得很近的时候，都用同一个希腊字母，但要标出来。因此，天琴座的双星称为ε1Lyrae和ε2Lyrae。变星用其他字母表示，通常用普通字母，比如RRLyrea。但是望远镜越来越大，我们看到的星星越来越多。目前的目录远远不够。一种方法是在建立星表时简单地给每颗恒星一个编号。一颗恒星可能叫做HD213468，在哈佛大学亨利·德雷珀编制的星表中是第213468号。另一颗恒星将在史密森天体物理天文台的目录中被称为SA0347981。其实目录太多了。大多数恒星只有编号，同一颗恒星在不同的星表中会有不同的编号。这可能不人道，但解决了一个大问题。

近年来，一些公司和一些研究机构通过以人名命名明星赚了很多钱。在很多情况下，你会花很多钱去获得一个看起来很漂亮的证书和一张你的星星所在天空的照片或星图。那可能是一个很好的姿态，也是一个“最好的礼物”，但是天文学家们以后会在他们的研究和学术论文中引用这个名字吗？答案无疑是否定的，一张写有你名字的纸可以保存在瑞士银行的保险柜里，但绝不会被列入天文台或大学的科研目录或出版物。如果你想在天空留下你的名字，出去找一颗彗星。许多业余和专业天文学家都取得了成功。如果你发现了一颗彗星，专业天文联合会真的会以你的名字命名。但如果是明星，就不能只买名字。

当我们仰望星空的时候，会强烈的感觉到星星就像是附着在或者凸起在一个藏着我们头的球顶上的点。其实这种想象在很多古代文化中都有，现代天文学中逼真的人造星空也是这样使用的。事实上，恒星和地球之间的距离都是不同的，而是分布在三维空间中。另外，星光到达地球的时间是有限的，在天空中观测也意味着对第四维度，也就是时间的观测。

在地球上，我们有时会看到现在的物体，听到它过去发出的声音。如果你坐在看台上仔细观看棒球比赛，你会发现你在看到击球手击球后听到了他击球的声音。同样，你提前看到闪电，然后听到雷声。在这两种情况下，声音传播的速度都远小于光速。在室温下，音速为335 m/s，而真空中的光速约为30万km/s(类似于空气中的速度)。这意味着你在它发生后听到了遥远的声音，但它一发生你就能看到，至少在地球上是这样。

当我们观察宇宙时，我们看到它过去的存在方式。与我们在地球上看到的相比，宇宙中的天体离我们太远了，即使是光也需要很长时间才能到达我们这里。所以我们看到的不同天体，是它们在过去各个时期的状态。例如，光从距离我们大约40万公里的月球传播到地球大约需要1.5秒。所以我们看到的月亮不是现在，而是1.5秒之前。1.5亿公里的太阳，我们看到的是它8分20秒前的状态。如果太阳神秘消失，我们需要8分20秒才能知道。在我们看来，不同的行星在几分钟甚至几小时前就处于状态，而我们看到的恒星是几年前的状态，星系是几百万甚至几十亿年前的状态。所以，当我们仰望星空的时候，我们也在回顾历史！