中国古人对北极的认识

中国古人观星的历史与世界上其他古老民族一样非常悠久。中国古代的先民们很早就注意到了天空中的星星好像镶嵌在天幕上，而这个天上的大幕在自东向西旋转，每昼夜旋转一圈。那么旋转的中心呢？古人发现天上有个点是不动的（称为北极），天幕上的星星都在围绕北极转圈圈（见图1）。

古人还找了离北极点很近的星作为“北极星”，帮助人们肉眼观星时更容易辨认出北极。因为真正的北极点不一定有合适的亮星，在肉眼观星的时代，用离真实北极很近（一般在1°左右）的亮星作为指示北极的星星是没有问题的。我们现在使用的“北极星”就是小熊座α（中国星名叫勾陈一，距离真实北极约0.5°）。

图1

根据史书记载和流传下来的中国古代星名，科学家发现曾经做过“北极星”的还不止一颗星呢！如左枢、右枢、帝星等，都曾做过“北极星”。为什么有这么多的星做过“北极星”呢？难道“北极星”会跑吗？不是的，天上的恒星自古至今都没跑（这里说的是恒星之间的相对排列位置没变，所以把它们叫做恒星，行星除外）。会跑的是地球自转轴的指向！原来我们地球是围绕自转轴旋转的，而且这个自转轴的指向就是天上的北极点。平时我们住在地球上，跟着地球一起转，就像坐旋转木马一样，我们感觉不到自己在转，而是看到天空中的星星在围绕一点（北极）转圈。

我们地球的自转轴就好像陀螺的转动轴一样（见图2），自转的同时还在不停地摇动。当然，地球这个大陀螺的自转轴摇动的速度是非常缓慢的，大约26000年才会摇动一圈。这就使得群星围绕其旋转的北极点在短时间（几百年）看起来是不变的，但长时间（上千年）上来看就有变化了。

图2

例如，历史上某时期地球的自转轴指向当时的北极点（如图3），人们就在北极点附近找了一颗比较亮的星星作为那时候的“北极星”啦。

图3

过了一段时期（几百年到一千年）以后，人们发现群星旋转的中心已经不在原来那颗“北极星”附近了，而是移到了天空的另一个位置（新北极点）。于是，人们就在这个新北极点附近找了另一颗星星作为“新北极星”来指示新北极的方向（如图4）。

图4

比较两个时期的天空背景，我们会发现天空中的星星和星座的形状都没有变（曾经做过北极星的那些星星都还在，星星之间的位置关系也没变），变化的只是地球极轴的指向和配合新指向的“新北极星”了。

图5

所以古人会隔几百年（或上千年）换一颗星作为指示北极点的“北极星”。图5 就表示古今和未来，哪些星星曾经做过北极星和即将作为北极星。例如在公元前2800 年左右，天龙座α（中国古代星名叫右枢）是当时的“北极星”；在公元前1100 年左右，小熊座β 星（即北极二，别名紫微星、帝星）是当时的“北极星”；现在我们的“北极星”是小熊座α（勾陈一），它将在公元2100 左右非常接近真实北极，然后开始慢慢远离北极；那以后我们就该再换一颗星作为将来的“北极星”啦。

由此可见，中国观星历史的悠久和知识的积累传承多么重要，如果没有历代人们的观测和记录，光靠一代人甚至几代人都不可能发现天上星星的运动有这么长周期的变化。这个变化虽然缓慢，但也可以通过长期观测和比较天空中北极点的变化，以及黄道附近群星位置记录的系统变化，通过数据的比较和推算，得出每年的变化量，这就是岁差。中国晋代天文学家虞喜，就是在自己观测和与前人观测记录的比较中发现了岁差，后由南北朝天文学家祖冲之首先引入到历法推算中，以后直到现在，我们的天文历法、天文星表等数据都必须定期对岁差进行修正。

根据文献记载，生于公元前二世纪左右的古希腊科学家喜帕恰斯也是在对比前人记录和自己观测结果的时候发现了岁差，他是西方最早发现岁差的人。但是產生岁差的机制和原理，还是到了近代，由科学家牛顿用物理学原理给予了正确的解释，即由地球自转轴的进动引起。知道了原理，我们现在可以用已知的规律编制软件。利用观星软件（例如Stellarium）可以实时观看古代、现代和未来的星空，也可以反过来，用软件演示的古代星空与流传下来的真实天文记录相对照，核对古人记录的天文事件发生的年代和观测者的地理位置等信息，非常有利于现代人对古天文的研究和传承。

问题1：你能说说古人看到的星空与我们现在看到的星空，有哪些是一样的，有哪些是不一样的？

问题2：你能在现代星图上找出古代各个时期的北极星吗？

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2023年第2期《中国古人对宇宙的认识（2）一文作者为中国科学院天文台郭红锋，特此更正。