天文观测中,如何确定天体的移动?

问AI · 为什么恒星被视为天文观测的静止参照系?

先确认,我们看到的天上星星、月亮、太阳,到底动,还是不动?

最简单的办法,拿一根铁管,用一只眼从一头看出去,套上一颗星或月亮,固定。盯上十分钟,看这个星星或月亮,是移动了,还是套在圆筒中。我就不用管子了,直接用望远镜盯着看,录上一段。

不管是太阳、月亮,还是金星、土星、木星,在地球观察者的望远镜前移动。我们在一分钟内观测到的,都不代表其自身的移动,而是地球自转造成的相对位置变化。

天体移动,多长时间能观测出来呢?

月球围绕地球公转,周期是27.32天,地球观测者观测到月球绕一圈周期是29.53天。------这是恒星月与朔望月的区别。实际是月球绕地球公转与地球绕太阳公转迭加的结果。

地球围绕太阳公转,周期是365日6时9分10秒。回归年短于恒星年约20分24秒,周期约为365日5时48分46秒。-----这回归年,也加入了地球自转轴倾斜的因素,实际地球转了359度59分9秒740毫秒,不到360度。

地球自转一周需要24小时,这也是地球根据观测的太阳位置得出的结果,叫做太阳日。实际地球自转了360°59'。地球真正自转一周360度,需要23小时56分4秒,这叫恒星日。

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古代人无法观测到地球围绕太阳公转,只能观测到日月东升西落,所以给太阳、月亮定义了轨道,就是黄道和白道。

物理学上观测运动变化,都会选择参照系。以地球为参照系,观测到的是日月星辰的运动。以太阳为参照系,能观测太阳系所有天体在太阳系内的运动。同样可以推算出地球围绕太阳公转的轨道与运行速度。

自古以来,人类科学家一直在寻找静止的参照系,以观测出太阳系各天体的真实运动状态。但宇宙万物都是运动的,只能用接近静止的物体去做为这个参照系。

木星的公转周期接近十二年,在一天、一小时的观测中,可以认为它是静止的,做参照系,在一定范围内适用。

土星公转周期接近三十年,每一年,在地球上的观测到的位置,几乎没有变化。可以在有限观测范围内,做参照系。

古代人早就观测出,恒星是几乎不动的。虽然它们也有位置变化,但千年之内观测不到。足以让我们认为恒星静止,可以作为太阳系天体观测的参照系。

前边说的恒星月、恒星日、恒星年,都是以遥远恒星为参照系,观测出来的,地球、月球,公转、自转360度,正好一个圆周的时间。

越远的天体,越不容易观测到位置变化。所有太阳系以外的恒星,距离太阳系,距离地球,都以光年计算,观测一百年也看不出位置变化。

在天文观测中,就有了一个天然的参照系,遥远恒星组成的可视天穹。据此,人类科学家建立了观测模型——满天恒星,都镶嵌在球状天幕上,不会移动。太阳带着太阳系内天体,在天球中间运动。这个被认为不动的天球,就是我们宇宙观测的参照系。

其中任何一颗恒星,都可以认为是静止的,可以作为天文观测的依据,用于测量太阳系内天体的运动变化。

当然,每一颗恒星到地球的距离不同,在地球上观测,能够察觉位置变化的时间、空间长度也不一样。用7光年距离的恒星与700光年距离的恒星做参照系,得到的观测精度,也会有些差别。科学家还可以用更远的恒星做参照系,测星近距离恒星,相对于地球的运动。

这些恒星,距离我们最近的,也有4.22光年。任何一个地球生命,都无法用一生,观测出这些恒星的位置变化。这就是天文观测中引入的“遥远恒星”概念的认知基础。