今天我們將送出三本由未讀·探索家提供的優(yōu)質(zhì)科普書(shū)籍《裸眼觀星》
國(guó)內(nèi)唯一主打“裸眼觀星”的觀星指南。不借用任何設(shè)備，僅以肉眼觀察夜空中的奇特美景。這無(wú)疑是最便捷的觀星方式。指導(dǎo)細(xì)致，手把手傳授觀星技巧。天文老鳥(niǎo)奉上幾十年觀星經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的技巧，玩法多樣，實(shí)用性強(qiáng)。讀者將知道如何看到原本無(wú)法用裸眼看到的星辰，也將學(xué)會(huì)如何用手機(jī)拍攝天體。這些圖片可以幫助讀者找到觀星目標(biāo)，也可以作為夜空奇景來(lái)欣賞。 包含足量天文趣味知識(shí)。水逆是什么？為什么有的星座不像它們代表的圖像？宇航員如何看日出？……這些問(wèn)題都可以在《裸眼觀星》中找到答案。
只要你認(rèn)真閱讀下面的這篇文章，思考文末提出的問(wèn)題，嚴(yán)格按照 互動(dòng)：你的答案 的格式在評(píng)論區(qū)留言，就有機(jī)會(huì)獲得獎(jiǎng)品！
作者：NicholasMee
翻譯：Nothing
審校：loulou
一天有多長(zhǎng)?地球繞自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周需要多長(zhǎng)時(shí)間?
也許你會(huì)覺(jué)得這兩個(gè)問(wèn)題的答案顯然都是24小時(shí)。但是正確的答案并不是這樣的。在以遠(yuǎn)處的恒星為參照時(shí)，地球的自轉(zhuǎn)軸總是近似朝向一個(gè)固定的方向。它大概指向北極星。地球繞這個(gè)軸旋轉(zhuǎn)一周大約需要23小時(shí)56分4秒。在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，所有的恒星都好像繞著地球轉(zhuǎn)了一周然后又回到原處。天文學(xué)家把這個(gè)周期稱為恒星日。
恒星日比太陽(yáng)日短：在時(shí)刻1，太陽(yáng)處于頭頂。在時(shí)刻2，雖然地球自轉(zhuǎn)了一周，但是太陽(yáng)并沒(méi)有重新處于頭頂。只有到了時(shí)刻3，太陽(yáng)才重新回到頭頂。
除非我們都是天文學(xué)家且我們關(guān)心的是各個(gè)恒星在天空中的位置，否則我們更加傾向于用太陽(yáng)的位置來(lái)測(cè)量時(shí)間。我們將一天時(shí)間定義為太陽(yáng)兩次出現(xiàn)在正南方的時(shí)間間隔。
地球不只是繞著它的自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)它還在繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。在地球完成一次自轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)，它在公轉(zhuǎn)軌道上走過(guò)了約1/366。因此，當(dāng)?shù)厍蛲瓿梢淮巫赞D(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)不會(huì)重新回到原來(lái)的位置。這也造成恒星日比太陽(yáng)日略短：以太陽(yáng)日來(lái)衡量的話，如果太陽(yáng)剛開(kāi)始處在你的頭頂，那么經(jīng)過(guò)一個(gè)太陽(yáng)日，太陽(yáng)又一次出現(xiàn)在頭頂。但是如果以恒星日來(lái)衡量，經(jīng)過(guò)一個(gè)恒星日，太陽(yáng)還沒(méi)有再次到達(dá)頭頂，它需要1/366個(gè)太陽(yáng)日才會(huì)出現(xiàn)在你的頭頂。
在維多利亞時(shí)代，相距遙遠(yuǎn)的兩地之間的快速航行成為可能。這意味著有必要在全球范圍內(nèi)將兩個(gè)不同地方的時(shí)間進(jìn)行比較。當(dāng)時(shí)，想要用太陽(yáng)的位置確定每個(gè)地方的時(shí)間是不現(xiàn)實(shí)的。例如，如果按照太陽(yáng)的位置確定時(shí)間，那么倫敦和布里斯托爾的時(shí)間會(huì)相差十分鐘，盡管兩地僅僅相距120英里。但在19世紀(jì)中葉，火車兩小時(shí)內(nèi)就可以走完這段路程。根據(jù)1884年的國(guó)際公約，倫敦郊外的格林威治皇家天文臺(tái)被確認(rèn)為全世界計(jì)時(shí)的參考點(diǎn)。當(dāng)格林威治的太陽(yáng)處于正南方時(shí)，記此時(shí)的時(shí)間為正午12點(diǎn)，這就為世界上其他地區(qū)設(shè)定了計(jì)時(shí)參考點(diǎn)。格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（GMT）成為世界各地設(shè)置時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。
我們很容易就能看出GMT中的G(greenwich)和T（time）的意思，那M是什么意思呢？地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)并不像我們前面提到的那么簡(jiǎn)單。如果地球的自轉(zhuǎn)軸和軌道平面垂直并且地球軌道是完美的圓形，那么我們的之前說(shuō)的就是完全正確的。但是地球的自轉(zhuǎn)軸和軌道平面的法向成大約23.5°角。雖然地球軌道的形狀很接近圓形，但是實(shí)際上它是橢圓，看起來(lái)像一個(gè)壓扁的圓。
這個(gè)事實(shí)意味著每年不同時(shí)間段太陽(yáng)相鄰兩次出現(xiàn)在正南方的時(shí)間間隔略微有點(diǎn)不同。平均來(lái)講，周期是24小時(shí)。但是，在一年的時(shí)間范圍內(nèi)，這個(gè)周期有時(shí)略長(zhǎng)一些有時(shí)略短一些。一天的時(shí)間被定義為太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的平均值。所以，無(wú)論什么時(shí)間段，一天的長(zhǎng)度是一定的。這樣，一年時(shí)間就被切割成了彼此相同的小段。如果你用日晷來(lái)計(jì)時(shí)的話你會(huì)發(fā)現(xiàn)日晷指示的時(shí)間和手表上的時(shí)間時(shí)常不一樣。精密的日晷通常會(huì)搭配一個(gè)校正表，它會(huì)告訴你每年不同時(shí)間日晷得到的時(shí)間和格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相差多少。每年不同時(shí)段平均太陽(yáng)時(shí)和實(shí)際太陽(yáng)時(shí)之間的差別被稱為均時(shí)差（equation of time）。2月12號(hào)太陽(yáng)距離地球最遠(yuǎn)，兩者差距達(dá)到14分20秒。11月3日兩者之差達(dá)到最大的16分23秒。4月16日，6月14日，9月2日和12月25日格林威治時(shí)間和日晷給出的時(shí)間剛好重合。
地球的公轉(zhuǎn)軌道和自轉(zhuǎn)軸
我們可以繪出每一天格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的中午12點(diǎn)太陽(yáng)的位置，這樣我們可以在天空中表示出時(shí)間方程。一年中的一部分時(shí)間里，太陽(yáng)出現(xiàn)在正南方的時(shí)間會(huì)遲于12點(diǎn)，12點(diǎn)時(shí)稍微偏東南方。在一年中的其他時(shí)間，太陽(yáng)略快于格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，12點(diǎn)時(shí)稍微偏西南方。把這些位置連起來(lái)將在天空中產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字，看起來(lái)像數(shù)字8。8的頂部是夏至?xí)r太陽(yáng)的位置，它是一年中最高的。8的底部是太陽(yáng)在冬至?xí)r的位置。這個(gè)圖形叫做8字曲線
天空中畫(huà)出的8字曲線
太陽(yáng)位置與格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相吻合的四天可以從圖表中讀出，因?yàn)樗鼈兪?字曲線穿過(guò)圖表垂直零線的日子。
八字曲線在每個(gè)緯度上都有相同的形狀，但它在天空中的位置會(huì)因所在地不同而不同。例如，在北極地區(qū)，由于冬季中期太陽(yáng)完全位于地平線以下，因此8字曲線下部的一部分永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)；而在赤道地區(qū)，8字曲線則直接從頭頂延伸出來(lái)。在南半球，相對(duì)于北半球，8字曲線是顛倒的。
如果地球的軌道是完全圓形的，那么八字曲線的兩瓣將是彼此的鏡像。然而，由于地球的軌道是橢圓形的，這就使得8字曲線的形狀不對(duì)稱。地球繞軌道運(yùn)行的速度取決于它與太陽(yáng)的距離：當(dāng)它靠近太陽(yáng)時(shí)，它的運(yùn)行速度更快。開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)第二定律描述了這一點(diǎn)，該定律指出，一條連接地球和太陽(yáng)的線段在同一時(shí)間內(nèi)掃出面積相等的區(qū)域。地球在1月3日左右到達(dá)離太陽(yáng)最近的點(diǎn)。因此，在北半球的冬季，地球每天所走過(guò)的長(zhǎng)度北半球的夏季要長(zhǎng)。這會(huì)影響8字曲線的外觀。在北方和冬天對(duì)應(yīng)的一部分比在夏天的部分大。
另外，如果最接近太陽(yáng)的日期正好與冬至（12月21日）一致，相應(yīng)的8字曲線處在最低點(diǎn)，那么8字曲線的左側(cè)將是右側(cè)的鏡像。這是因?yàn)榈厍蛟诙梁蟮娜魏我惶於紩?huì)以與冬至前相同的速度圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。
火星行星軌道的偏心率遠(yuǎn)大于地球軌道的偏心率。換句話說(shuō)，由火星軌道形成的橢圓比地球的軌道更扁。因此，火星上的8字曲線是梨形的。它完全失去了一個(gè)瓣。在下方的圖片中，太陽(yáng)的位置每30天繪制一次。
火星上看到的8字曲線
近年來(lái)，敘利亞藝術(shù)家伊薩姆·庫(kù)巴吉從科學(xué)界，特別是光和光學(xué)界獲得了靈感。伊薩姆是劍橋基督學(xué)院的常駐藝術(shù)家和拜拜院士，他在劍橋大學(xué)800周年紀(jì)念年時(shí)用了8字曲線作為主題。這就是他的8字曲線雕塑的靈感來(lái)源，是由計(jì)算機(jī)模擬生成的。
伊薩姆還設(shè)計(jì)了一個(gè)8字形日晷，是一件行為藝術(shù)品，是劍橋大學(xué)800年科學(xué)慶典的一部分。
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