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記得有一首詩里有這樣幾句：

悵然登車車若飛，

魂魄不曾隨我歸。

歸來但見北斗高，

七星燦爛像問號。

這首詩寫于春節(jié)期間，問所見星象的時(shí)間是幾點(diǎn)鐘？

要根據(jù)星象來判斷時(shí)間，首先需要知道你觀察的星座在天上的位置。我們想象綴滿繁星的天空是一個(gè)以地球?yàn)橹行牡陌霃綗o窮大的球面，稱為“天球”。星星無論遠(yuǎn)近，看起來都是鑲嵌在這個(gè)天球上的。

為了表示星星的位置，我們需要在天球上建立一個(gè)坐標(biāo)系。把地球的赤道投射在天球上，就是“天赤道”。天赤道把天球分割成南北兩個(gè)半球。類似于地球上的緯度，天球上的緯度稱為“赤緯”，北半球是+0o到+90o，南半球是-0o到-90o。

天球上的經(jīng)度叫做“赤經(jīng)”，其表示方法和地球上的經(jīng)度有所不同，是用“h”作單位的。在天球上，從西到東轉(zhuǎn)一圈，赤經(jīng)分成了24h。由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看起來天球帶著上面的星星從東向西旋轉(zhuǎn)，每小時(shí)轉(zhuǎn)1h。而由于地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)，我們在地球上每天同一時(shí)刻來觀察天球，它也是由東向西旋轉(zhuǎn)的，一年24個(gè)節(jié)氣轉(zhuǎn)一圈，相當(dāng)于每一個(gè)節(jié)氣轉(zhuǎn)1h。

那么，以什么作為赤經(jīng)的起始點(diǎn)呢？我們選“春分”這一天的正午時(shí)分太陽的位置作為赤經(jīng)的0h。上面建立起來的坐標(biāo)系叫做“赤道坐標(biāo)系”，仔細(xì)一些應(yīng)該叫做“第二赤道坐標(biāo)系”。所有的恒星在赤道坐標(biāo)系的位置基本上是固定的，例如天狼星的坐標(biāo)是：赤經(jīng)06h 45m 08.9173s，赤緯－16°42'58.017'。除此之外，還有第一赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系、銀道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系，這里就不講了。

圖1  春分正午北斗星的位置

圖1是春分正午時(shí)北斗星的位置。春分正午時(shí)，太陽正好在通過天頂?shù)某嗑暰€上，把這條赤緯定義為0h。當(dāng)然，由于陽光很強(qiáng)，這時(shí)候是看不見北斗星的。但是北斗七星卻的確是在圖1所標(biāo)的位置。北斗星屬于大熊星座的一部分，包含有7顆星星。從斗沿到斗柄末端，分別是：

（1）天樞（αUma）赤經(jīng)11h03m 43.70s，赤緯+6145' 03.2'

（2）天璇（βUma）赤經(jīng)11h 01m 50.49s，赤緯+56 22' 56.6'

（3）天璣（γUma）赤經(jīng)11h 53m 49.83s，赤緯+53 41' 41.1'

（4）天權(quán)（δUma）赤經(jīng)12h 15m 25.57s，赤緯+57 01' 57.3'

（5）玉衡（εUma）赤經(jīng)12h 54m 01.76s，赤緯+55 57' 35.6'

（6）開陽（ζUma）赤經(jīng)13h 23m 55.55s，赤緯+54 55' 31.4'

（7）瑤光（ηUma）赤經(jīng)13h 47m 32.44s，赤緯+49 18' 48.1'

大體上，天樞和天璇都在11h赤經(jīng)上，我們主要根據(jù)這一數(shù)據(jù)來推斷時(shí)間。北斗七星實(shí)際上不止7顆星。其中天樞是一顆雙星，由一顆主星和一顆較暗的伴星組成。天璇周圍環(huán)繞著一個(gè)塵埃盤，有可能正在生成它的行星。開陽是一顆著名的雙星，在古代就有目視的記載。開陽的伴星叫做“輔”（UMa80），經(jīng)現(xiàn)代的光譜分析得知“輔”本身也是雙星。而開陽（ζUma）主星本身經(jīng)進(jìn)一步的觀察，發(fā)現(xiàn)也是雙星，稱為“開陽A”（ζ′Uma）和“開陽B”（ζ″Uma），而經(jīng)光譜分析得知開陽A和開陽B分別都是雙星。

本文開頭的詩句是寫于春節(jié)期間，也就是大寒節(jié)氣前后。圖1給出了春分正午時(shí)北斗星的位置，我們來推斷大寒正午時(shí)北斗星的位置。我們知道，每天在同一時(shí)間來觀測星象，星空是從東向西運(yùn)轉(zhuǎn)的，一個(gè)節(jié)氣轉(zhuǎn)過1h。而大寒是在春分之前4個(gè)節(jié)氣，所以，把星象圖反方向旋轉(zhuǎn)4h，就得到了圖2大寒正午時(shí)北斗星的位置。這時(shí)，通過天頂?shù)某嘟?jīng)是20h。

圖2大寒正午時(shí)北斗星的位置

詩句稱“七星燦爛像問號”，也就是說，北斗七星的星象是豎起來的，魁斗的天樞、天璇在北極星的東方是水平的，而斗柄玉衡、開陽、瑤光是下垂的。如圖3所示。

圖3 “七星燦爛像問號”的星象

這時(shí)候是幾點(diǎn)鐘呢？我們已經(jīng)知道天樞和天璇的赤經(jīng)都是大約11h。它在指向東方的水平位置上，故通過天頂?shù)某嘟?jīng)應(yīng)該與11h的赤經(jīng)垂直，即減去6h，得到通過天頂?shù)某嘟?jīng)是5h。

大寒正午時(shí)分是20h通過天頂，星移斗轉(zhuǎn)，21h，22h，23h，24h（0h），1h，2h，3h，4h，5h，經(jīng)過9個(gè)小時(shí)，赤經(jīng)5h才通過天頂。也就是說，詩中寫的星象是晚上9點(diǎn)鐘。