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既然地球一直在动 我们是怎么准确测出星星的位置的?

时间:2020-08-30 01:33:03

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既然地球一直在动 我们是怎么准确测出星星的位置的?

地球的公转线速度大约是 30km/s 的样子。可能题主产生了这样的疑问:既然地球在以很大的线速度公转,那么我们在地球上进行天文观测,就好像在一列高速飞驰的列车上看风景。在这种状态下进行的观测还靠谱吗?

太长不看版:地球运动会影响天文观测,解决办法是通过观测 / 计算得到确切的影响程度,然后进行修正。

简单说两句版:

地球公转会带来一种叫“光行差”的现象。

光行差究竟是什么呢?请看视频:/video/852179902168965120

(虽然有优酷的水印,但很明显是来自宝岛台湾的视频)

视频中,老师用雨中行走时雨滴方向变化的例子进行类比,当行走的速度 / 方向改变,为避免淋湿,撑伞的角度也要作相应的调整。类似的,地球公转会导致天体的视位置出现变化。

有人大概会觉得,就地球那点公转线速度,在光速面前可以忽略不计吧。的确,现实中地球公转速度和光速的比值很小(30 和 30 万,万分之一)。但这看似微不足道的万分之一,还是会导致我们观测到的天体出现位置偏移。

油管上还有一段卡尔·萨根的解说:/video/852185060013670400

不知各位有没有注意到视频中这个画面:

这里展现的是随着地球公转,全天恒星都会呈现周期性椭圆运动,越接近南北(黄)极,轨迹形状会越接近正圆;越接近黄道面,轨迹越扁:

(来源:Wikipedia)

如图所示,光行差造成的恒星视位置变化最多可达 40" ,这个偏差还是不小的。

虽然出现了偏差,但大可不必担心,毕竟地球是有几十亿年驾龄的老司机,开车还是很稳的。光行差带来的恒星视位置变化具有周期性,所以只要摸清了恒星位置的具体变化规律,我们在研究时进行修正即可。

PS:其实地球自转对天文观测的影响更显著,会产生所谓的恒星周日视运动,消除影响的方法也不难,就是让望远镜动起来,比如使用赤道仪跟踪天体。(题主真正关心的可能是这种现象对天文观测造成的影响,但题干给出的关键词却是「线速度」和「公转」,我不写光行差感觉都对不起这道题......再说高中生应该能够正确区分公转和自转吧?)

PPS:地球公转不仅会带来光行差,还会产生恒星周年视差。但恒星周年视差跟地球公转的线速度关系不大,一颗恒星的周年视差大小取决于地球轨道半径与该恒星距离的比值。所以太阳系以外周年视差最大的恒星自然就是比邻星,约为 0.77",由周年视差引起的恒星位置变化最多可达 1.54",比光行差的影响小了一个数量级。英国天文学家詹姆斯·布拉得雷(James Bradley)当年就是在寻找恒星周年视差的过程中无意发现了光行差现象。

PPPS:另外地球大气也有不少贡献(蒙气差)。

PPPPS:以上介绍的是地球公转引起的周年光行差现象。此外还有地球自转引起的周日光行差,以及太阳和太阳系在宇宙空间运动引起的长期光行差。

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