怎樣使用星圖

河北省邢臺學(xué)院地理系 （054001） 楊印書

觀察星空是中學(xué)地理課外活動的一項(xiàng)重要內(nèi)容。該項(xiàng)活動既生動有趣，又富有意義，所以深受師生的歡迎。那么如何才能搞好這項(xiàng)活動呢？使用好星圖，是問題的關(guān)鍵。

一、星圖的種類

進(jìn)行星空觀察，星圖是必備的。星圖是把天體在天球上的視位置投影到平面上而繪成的圖。星圖種類繁多。按用途分，有供辨認(rèn)星辰、證認(rèn)某天體（或天象）和對比發(fā)生的變異等用的星圖；按內(nèi)容分，有只繪恒星和繪有各種天體的星圖；按使用對象分，有供天文工作者使用和天文愛好者使用的星圖；按出版形式分，有圖冊和掛圖，等等。為天文愛好者使用的主要有兩種，一種是活動星圖，另一種是四季星圖。

活動星圖上恒星是由大小不同的圓點(diǎn)（星點(diǎn)）表示的，星點(diǎn)的位置大致表示其在天球上投影位置，星點(diǎn)的大小表示其星等的大小即明亮的程度。晴朗夜空中正常視力所能辨認(rèn)的最暗的星為6等星，但一般活動星圖上僅表示4等以上的恒星。恒星在天球上的相對位置是不變的，恒星在星圖上的相對位置也是不變的。但肉眼可見的星空形象既隨時間而變化，又隨觀察地點(diǎn)而變化。使用星圖時，根據(jù)觀察時間，把當(dāng)時可見星空部分轉(zhuǎn)動到橢圓形的窗口之中即可?；顒有菆D的優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便、使用簡易，不足之處是星數(shù)較少、星體位置也不太準(zhǔn)確。當(dāng)然，對中學(xué)地理課外活動而言，是沒有什么妨礙的。

常用的四季星圖一般較活動星圖的比例大些，星體數(shù)量多些，位置也準(zhǔn)確些。但每幅僅在所標(biāo)時間才完全跟星空對應(yīng)，不是所標(biāo)時間則有些差別。使用該種星圖需具有一定的天文知識基礎(chǔ)。比較而言，開展中學(xué)地理課外活動還是活動星圖適宜些。

二、活動星圖的使用方法

活動星圖是有底盤（星盤）和上盤（地盤）構(gòu)成。底盤中心（天北極）和上盤中心用鉚釘鉚在一起，兩盤能自由轉(zhuǎn)動，因此活動星圖又稱為轉(zhuǎn)動星圖。底盤是可繞著盤心旋轉(zhuǎn)的圓盤，盤心為天球北極，盤的四周注有時刻刻劃。盤面上繪有較亮的恒星和星座；還標(biāo)示有國際通用的星座界限、星座名稱、星間連線和星名符號，也有中國傳統(tǒng)星宿名稱和星宿連線；另標(biāo)示有太陽在天球上的視運(yùn)動軌道—黃道。星盤上的銀道，表示銀河的中線，可用來巡視銀河。上盤留有透明窗口，窗口近于橢圓形狀，窗口所示即為觀察者某時刻所見的星空范圍。透明窗口上繪有地平坐標(biāo)，用以顯示星體的位置—高度和方位。盤面的四周繪有日期刻劃。窗口的邊緣線為地平圈，窗口的中心即是天頂。

使用活動星圖，需注意以下幾個問題。

1.星圖的方向

活動星圖上盤透明窗口的邊緣線為地平圈，地平圈上注有東南西北四正點(diǎn)。如果把活動星圖平放在桌面上并和地圖比較，就會看到活動星圖的東西方位恰與地圖相反。這是因?yàn)?，地面和地圖是朝上的，而星空和星圖應(yīng)是朝下的。因此，當(dāng)我們把應(yīng)該朝下的星圖放在桌面上，并且讓它朝上時，它的東南西北就會與地圖上的不同：若把北點(diǎn)放在上方，地圖上的方位是“左西右東”，而星圖上的方位則是“左東右西”。但在使用時，把星圖舉在頭頂，圖面朝向下方，北點(diǎn)指向北方，那么星圖上的方位就與實(shí)際方位完全一致了。

2.星圖的緯度

我們知道，在不同時間、不同地點(diǎn)，觀察者所見星空形象是不同的。具體些講，同一地點(diǎn)，不同時刻所見星空不同；同一時刻，不同緯度所見星空也不同。因此，活動星圖是按一定的緯度設(shè)計(jì)的，在其上都注明了星圖的適用緯度。在我國出版的活動星圖中，以北緯40°和北緯30°的為多。北緯35°以南的觀察者，可以使用北緯30°的星圖；北緯35°以北的觀察者，可以使用北緯40°的星圖。選擇活動星圖時，一定要弄清自己的使用緯度。

在中學(xué)地理、天文課本中，也常見有星圖。我國是一個幅員廣大的國家，全國使用同一緯度的星圖是很不方便的，由于中學(xué)課本的全國通用性，為此編者常采用全國的適中緯度來編繪星圖。這樣的適中緯度，一般是指北緯35°即大體上沿隴海一線。此種星圖，特別適用于隴海線上的徐州、鄭州、洛陽、西安和蘭州等城市，也大體適用于北京—酒泉—喀什一線（即北緯40°一線）以南，杭州—成都—拉薩一線（即北緯30°一線）以北地區(qū)。對其它地區(qū)來說，人們在使用時，要特別注意星圖緯度和當(dāng)?shù)鼐暥鹊牟顒e，以及由此產(chǎn)生的星空差異。

3.星圖的時間

由于地理的自轉(zhuǎn)運(yùn)動造成了星空的周日變化，因此，同一地點(diǎn)在一日之內(nèi)不同時刻有不同的星空形象；由于地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動造成了星空的周年變化，因此，在不同的日期同一時刻星空形象也不相同。將兩者結(jié)合起來，就是在一定的日期、時刻對應(yīng)著特定的星空形象?；顒有菆D就是把日期、時刻和星空三者聯(lián)系起來的工具。在使用它時，只要把上盤上的日期和下盤上的時刻對齊，地平圈內(nèi)（即透明窗口內(nèi)）的星空就與該日期、該時刻實(shí)際星空相符合了。用一句話概括，就是“欲知當(dāng)時星空，日期對準(zhǔn)時刻”。

需特別強(qiáng)調(diào)的是：觀察時刻應(yīng)使用地方時。為什么要用地方時？這是因?yàn)椋和粫r刻，在同一緯線上不同經(jīng)度處的觀察者看到的星空形象是不同的。如在同一時刻，織女星在蘭州（36°01′N、103°47′E）上中天時，在青島（36°04′N、120°19′E）看到織女星已偏西16°32′。若用地方時，那么位于同一緯線上的各點(diǎn)在相同的地方鐘點(diǎn)（比如說地方時9月1日21時）看到的星空形象則完全相同。

由于我們通常使用的時間為北京時間，因此在使用星圖進(jìn)行星空觀察時，事先應(yīng)根據(jù)觀測地點(diǎn)的經(jīng)度，把北京時間換算成當(dāng)?shù)氐牡胤綍r。

三、利用星圖進(jìn)行星空觀察的一般事項(xiàng)

影響星空觀察的因素，主要有場地、時間、光線和天氣狀況等，在進(jìn)行該項(xiàng)活動時必須考慮這些因素的影響，以保證觀察質(zhì)量。

1.場地選擇

在海面或遼闊的海灘上觀察星空，可以看到海平面上的地平圈，所見星空范圍和星體出沒時刻與理論上的數(shù)值近似，是最理想的觀察地。其次，在有一定海撥高度的平原或高原面上可以看到自然地平，所見的星空范圍較大，也是較好的觀察地點(diǎn)。至于山地丘陵或山間盆地，則視線受到阻擋，視野大為縮減，可見的星空范圍變小，看不到自然地平，星體升起的時刻推遲，而西沉的時刻提早，星體在地平圈之上的可見時間縮短，所見星體的數(shù)目也減少。在這樣的地區(qū)觀察星空，就應(yīng)盡量選擇一個地勢較高、視野較廣的地點(diǎn)。在城鎮(zhèn)地區(qū)，最好選在學(xué)校操場或樓頂之上等視野開闊且燈光少有干擾之處。

2.時間選擇

觀察星空最適宜的天氣、天文條件是：一是天氣晴朗，二是沒有月光或月光微弱。三國時曹操有詩：“月明星稀，烏鵲南飛”，前半句說的是黃昏時分，月色雖美，星星卻少，從科學(xué)的角度看，反映了明月和星光相矛盾的現(xiàn)象。要在同一時段，很好地欣賞明月和觀察星空，二者是往往難以兼得的，因?yàn)樵铝恋墓廨x是極易淹沒微弱星光的，所以觀察星空的時間，最好是選擇在月出之前或日落之后。農(nóng)歷的月初或月末，是理想時間。月初初三 ～ 初五的娥眉月，月光微弱且在日落后不久隨之下沉；月末的廿六 ～ 廿八的娥眉月，月光微弱且在日出前不久才升起于東方地平線上。因此農(nóng)歷的月初和月末，幾乎整個夜晚都可以觀察星空。此外，農(nóng)歷二十日前后的前半夜，月亮尚未東升或升起不高，也是觀察星空的良好時段。

實(shí)際上，除了滿月前后的一兩天（此時日落月出、月圓光強(qiáng)）不適宜觀察星空以外，其它日期的夜晚，只要天氣狀況良好，則總有一些時段是可以觀察的?？紤]到師生的作息時間，最理想的觀察時段有兩個，一是農(nóng)歷初三 ～ 初五天黑以后一段時間，另一是農(nóng)歷二十日前后天黑以后一段時間。

初學(xué)認(rèn)星，最好在農(nóng)歷初三、四的晚間，這時段較暗的星體被微弱的月光所淹沒，余下的是一些較亮的星，星座圖形最容易連接，利于辨認(rèn)。

3.環(huán)境選擇

觀察星空應(yīng)選擇沒有建筑物或樹木遮掩視野的開闊地帶，同時應(yīng)避開附近的光污染，例如到鄉(xiāng)野就可以比城鎮(zhèn)看到更多的暗星?，F(xiàn)今城市亮化，夜晚光線太亮，加之空氣污染，僅能看見不多的亮星，銀河更是難得一見。眼晴在黑暗環(huán)境中比白晝時更靈敏，但從亮處到黑暗處還需約15分鐘以上時間才完全適應(yīng)。因此，不宜用強(qiáng)光手電照射星圖或指點(diǎn)星空（用聚光較好的手電光柱指示星體效果是很好的），可在手電燈前用兩層紅布包起來使用。為避開月光的干擾，觀察星空最好是在天氣晴朗無月或月光微弱之夜。但對識別亮星和星座，有微弱的月光環(huán)境更有利些，因?yàn)榘敌请[去，亮星更易找出些。

四、利用星圖進(jìn)行四季星空觀察

由于星空有季節(jié)變化，在介紹星空知識時，就按春夏秋冬四季區(qū)分星空，稱為四季星空。但實(shí)際上由于同一星體每天約提早4分鐘出沒，在夏季子夜所見的星空，就是秋季黃昏的星空，也是春季黎明的星空。如果在夜晚較長的季節(jié)，從黃昏到黎明連續(xù)觀察，就可看到當(dāng)?shù)厝昕梢姷男强铡Ｒ虼?，通常所謂的四季星空是指天黑以后一段時間的星空而言的。

夜空中的星體、星座數(shù)目繁多。對中學(xué)地理課外活動而言，讓學(xué)生認(rèn)識一些亮星和主要星座、能根據(jù)星圖掌握亮星、星座出沒、中天的時間等就可以了。識別亮星和主要星座的一個便捷方法是：把有關(guān)亮星或星座中的主要恒星連線構(gòu)成一定的幾何圖形，然后根據(jù)圖形特征辨認(rèn)是哪顆恒星和星座。這種方法往往可以收到事半功倍之效。下面就用這種方法簡要介紹一下四季星空。

1.春夜的大曲線和大三角形

春夜星空中，大熊座的北斗七星高懸天空，斗柄指東，極易辨認(rèn)。斗柄連線的曲線向東延伸出去，可以找到一顆美麗的橙色亮星，這便是牧夫座α星（中名大角、0等星、全天第4亮恒星）。把北斗斗柄的曲線從大角星再延長一倍，就找到室女座α星（中名角宿一、1等星、全天第15亮恒星），該星距黃道很近，是確認(rèn)黃道位置的重要標(biāo)志之一。

圖1 春季星空

向南看去，雄偉的獅子座近于天空正中，它是春季星空中最顯著的星座。頭部像鐮刀又像反寫的問號，尾部的三顆星構(gòu)成一個小直角三角形，其中東邊頂點(diǎn)上那顆為獅子座β星（中名五帝座一、2等星）。

大角、角宿一和五帝座一連線大致成一等腰三角形，稱為“春季大三角”，它在夜空中非常醒目，與春季大曲線和北斗七星一樣，都是春季星空的顯著標(biāo)志。

2.夏夜的大三角形

夏夜星空，繁星璀璨，銀河從北偏西到南偏東橫貫天穹。面向東方，大名鼎鼎的牛郎星和織女星隔河相望，非常耀眼?？椗牵ㄌ烨僮痢?等星、全天第5亮恒星），位于我們天頂偏東些。緊靠織女星的東南方，有一個由四顆較暗恒星構(gòu)成的平行四邊形，我國民間說法那便是織女織布用的梭子，它可以做為辨認(rèn)織女星的標(biāo)記。由織女星向東南方看，河對岸的那顆亮星就是牛郎星（天鷹座α、1等星、全天第12亮恒星）。它的兩側(cè)各有一顆暗一些的星（天鷹座β、γ），這三顆星近于一條直線上，我國民間稱其三星為扁擔(dān)星，傳說牛郎就是用這根扁擔(dān)肩挑一雙兒女，于每年的農(nóng)歷七月初七和織女鵲橋相會的。在牛郎、織女星附近的銀河中，有一顆亮星叫天津四（天鵝座α、1等星、全天第19亮恒星）。天津是天上渡口的意思，天鵝座是銀河流經(jīng)的有名星座。

圖2 夏季星空

織女星、牛郎星和天津四三顆星連線構(gòu)成一個巨大的直角三角形，織女星位于直角頂點(diǎn)上，這便是著名的“夏季大三角”，它是夏季星空的顯著標(biāo)志。

3.秋夜的大正方形

秋夜星空中，銀河斜掛，織女星和牛郎星西沉，亮星甚少。但秋高氣爽、晴夜多，是觀星的大好時機(jī)。最引人注目的是當(dāng)空的“秋季大正方形”，習(xí)慣上稱“飛馬正方形”。實(shí)際上，它是由飛馬座三顆星（飛馬座α、β、γ）和仙女座α星（中名壁宿二，位于正方形東北角頂點(diǎn)上）組成，除飛馬座γ為3等星外，其它3顆均為2等星，因而十分醒目。飛馬正方形是秋夜星空的主角。

圖3 秋季星空

回顧東方地平，著名的昴星團(tuán)（我國民間稱七姐妹星）已經(jīng)出現(xiàn)，尾隨其后的將是冬夜星空中的燦爛星群。

4.冬夜的大三角形

冬夜的星空極其絢麗壯觀。全天最著名的獵戶座是冬夜星空的中心，它的周圍有許多明亮的星座與它組成了一幅光彩奪目的星空圖案。

向南看去，壯麗的獵戶座高懸南天，它的四顆亮星組成一個四邊形，其中東北角的紅色0等星是獵戶座α（中名參宿四、全天第6亮恒星）、西南角的白色0等星是獵戶座β（中名參宿七、全天第8亮恒星）。四邊形內(nèi)有三顆2等星排成一直線，橫斜在中央，這便是著名的參宿三星。我國民間有“三星高照，新年來到”、“三星正南，家家過年”之說。把三星連線向西北方延伸，指向金牛座，其1等星叫畢宿五（金牛座α、全天第13亮恒星），它和附近幾顆較暗星組成一個 > 形，叫畢星團(tuán)。再往西有一簇暗星叫昴星團(tuán)，也叫七姐妹星，現(xiàn)代肉眼只能看到6顆星。金牛座東面是著名的雙子座，最亮的兩顆星是北河三（雙子座β、全天第16亮恒星）和北河二（雙子座α）。雙子座的東南方是小犬座，最亮的星叫南河三（小犬座α、全天第9亮恒星）。從參宿三星向東南方向延伸，便可遇上全天最亮的天狼星（大犬座α、－1.46等星），閃耀著燦爛奪目的青白色光輝。把天狼星、南河三和參宿四連線，就得出一個比較規(guī)則的大等邊三角形，這便是著名的“冬季大三角”。冬季大三角和獵戶座是冬夜星空的最重要的標(biāo)志。

圖4 冬季星空

在觀星過程中，如果發(fā)現(xiàn)某星座內(nèi)出現(xiàn)了星圖中沒有的亮星，那一般是行星了，需根據(jù)當(dāng)年《天文普及年歷》、當(dāng)月《天文愛好者》雜志或上網(wǎng)予以確認(rèn)。若確屬行星，可跟蹤一段時間，就不難發(fā)現(xiàn)其在恒星之間的穿行現(xiàn)象。

最后說明的一點(diǎn)是：指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)星，不要只是單純地介紹一些亮星、星座圖形和它們的相互位置，最好聯(lián)系一些必要的天文知識和詩詞典故、神話傳說。這不僅可以幫助學(xué)生理解課堂內(nèi)容、擴(kuò)大知識視野，而且可使活動生動有趣，給學(xué)生留下美好的記憶。