#时间的天文学#，作者：*驰
一.正南方、天赤道
二.时间，真太阳时
三.天，高度的规律
四.日晷，相对运动
五.天，时间的规律
天文学，用数学、物理学准确的描述和解释每一种天文现象。
猎户座在哪里？猎户座，星空中最容易辨认的星座，而且在星空中，猎户座还是静止的，但是仰望星空，猎户座在哪里，如何找到他？这个问题并不好回答，由于地球的自转和围绕太阳的公转，对于我们，猎户座的位置却一直在移动，每天，每时每刻的位置都在变化，很难准确描述他在那里，甚至普通人找到它都很难。传统天文学习惯于描述猎户座的样子，通过样子来寻找猎户座，但这不是寻找猎户座的正确方法。
其实回答这个问题是很简单的，需要我们换一个思路，用数学的方法描述。第一章《正南方、天赤道》中我们介绍了猎户座和天赤道之间的位置关系不变，找到天赤道，就等于找到了猎户座，仰望星空找到天赤道是非常方便的，等待猎户座东升西落，就可以找到猎户座，但这有些浪费时间。寻找猎户座我们还需要了解它移动的时间规律，这和太阳移动的时间规律是类似的。
随着地球的自转，太阳东升西落，猎户座也东升西落。地球自转1周°是1天，是24小时。随着地球的自转，正南方扫过整个星空，1天时间，正南方扫过太阳1次，扫过猎户座也是1次。1年天，正南方扫过太阳次，每一次的是的时间都是中午12:00点正整。1年天，正南方扫过猎户座也是次，每一次的时间也是固定的么？他的时间规律又是什么呢？
天文学为我们记录了每一天正南方扫过猎户座的时间规律，并未我们解释了这个规律背后的本质原因。而我们学习这个规律只需要几天的记录就可以了，并不需要天的全部记录。我们在每个月选1天，就可以看出正南方扫过猎户座的时间规律。
今天，正南方扫过猎户座的时间是几点？
下面是11月28号，中午12:00点，正南方扫过太阳；凌晨1:00点左右，正南方扫过猎户座。
12月15号，中午12:00点，正南方扫过太阳；凌晨0:00点左右，正南方扫过猎户座。
1月15号，中午12:00点，正南方扫过太阳；夜晚22:00点左右，正南方扫过猎户座。
2月10号，中午12:00点，正南方扫过太阳；晚上20:00点左右，正南方扫过猎户座。
3月15号，中午12:00点，正南方扫过太阳；18:00点左右，正南方扫过猎户座。
6月15号，中午12:00点，正南方扫过太阳，中午12:00点左右，正南方扫过猎户座。
1年天：
太阳，1年天，每一天正南方扫过太阳的时间都是中午12:00点整。这是我们对时间的定义，是真太阳时，正南方扫过太阳时的时间都是中午12:00点整。其实我们是把太阳定义为一个计时的起点，或者说是把正南方扫过太阳作为计时的起点，只是这个起始点的坐标是"12"，并不是"0"。
猎户座
表5-1，一年后的十二月份，猎户座又回到了0:00点刻度位置。
猎户座所在时间刻度的位置，太阳所在的时间刻度的位置，两个时间刻度差，其实表示了随着地球的自转，正南方从扫过太阳到扫过猎户座所需要的时间。注意：这里使用的所有时间都是真太阳时。
1年的时间，猎户座又回到了0:00点位置，在地球视角，猎户座旋转了°。同样我们参照图中的天蝎座，1年时间也旋转了°。如果我们把每一个星座都描画出来，我们会发现，1年的时间里，是整个星空旋转了°。如果我们连续观察，每一年都是这样，每一年都在重复。
注意：图中，11月28号到12月15号是17天，不是1个月。星空1年旋转了°。通过简单的计算，每个月旋转约30°=°÷12，是2个小时刻度。星空每天旋转了约0.°=°÷天，约4分钟。我们每天记录下正南方扫过猎户座的时间，都比前一天提前约4分钟，天蝎座也是这样的。每一个星座，每一颗恒星都是这样的。
1年天，猎户座旋转了°，所有的恒星、整个星空旋转了度°。只有1个恒星例外，那就是太阳，1年天，太阳的时间刻位置度始终不变，总是在中午12:00点整，只是太阳和天赤道间的角度在±23.5°范围内变化。
为什么会是这样？这是地球围绕太阳公转的结果。
俯视赤道平面在太空中，猎户座和太阳都是静止的，所有的星座也都是静止的，只有地球在自转和围绕太阳公转。由于地球围绕太阳的公转，12月份地球在太阳和猎户座之间的位置，所以随着地球的自转，正南方扫过太阳是中午12:00点，而正南方扫过猎户座的时间是晚上0:00点；3月份猎户座在18:00点位置；然而到了6月份，地球移动到太阳和猎户座的同一侧，随着地球的自转，中午12:00点，正南方同时扫过猎户座和太阳，我们可以看到的是猎户座和太阳是一起东升西落的。9月份猎户座在6:00点位置。
注意：这是我们俯视赤道平面看到的结果。而当我们换一个角度，平视赤道平面时，我们可以看到地球围绕太阳公转更多的细节。
平视赤道平面平视赤道平面，我们看到赤道平面并不是地球围绕太阳公转的平面。地球围绕太阳公转的轨道平面是*道平面，公转平面和赤道平面的夹角是23.5°。虽然太阳在星空中是静止的，但是由于地球的公转，太阳影像的位置却在星空中一直变化。3月份的春分，太阳的影像在天赤道上的A点；到了6月份，地球公转的位置移动了，而太阳影像的位置也移动到了猎户座的正上方的B点，23.5°。12月份冬至时，太阳影像的位置就移动到了天赤道的-23.5°。这就是为什么1年天太阳位置一直在天赤道±23.5°内变化原因，而实际上猎户座、太阳和天赤道之间的位置关系并没有发生任何改变。
注意：距离的比例，我们和太阳的距离约是8分钟光程≈0.光年。而我们和猎户座星星之间的距离约~0光年。这里我们放大了地球围绕太阳公转轨道的比例。如果在真实的比例中0.:，地球的公转轨道也只是一个点。
天文学中的视角
地球的自转和围绕太阳公转，在所有的天文现象中，无疑是最重要的。这是一个相对复杂些的组合运动。为了准确描述这一运动形式，单一视角是片面的。天文学是一个空间科学，和正方体、长方体是一样的，需要我们多角度观察。天文学建立了多个视角，从不同的角度为我们准确、详细的描述和解释这一天文学中最重要的天文现象。
太空视角，以太阳、猎户座静止为参照物，星空和所有星座都是静止的。我们可以看到地球在围绕太阳公转，同时地球还有自转。日-地-影连线也随着地球位置的移动而变化。太阳虽然没有移动，但是由于地球的公转，太阳影像的位置却跟着地球的移动而移动了，而且在星空画出了移动的轨迹。（太空视角并不是我们真实能观测的视角，是根据我们在地球上观测结果计算出来的）。
大地视角，以大地静止为参照物。大地、正南--正北是静止的。这是我们生活在地球上的实际视角。每一天，太阳东升西落，星星、星座东升西落，1年天，太阳、星星、星座东升西落次。而1年天，太阳的位置在天赤道±23.5°之间移动。
1年天，太阳在天赤道±23.5°之间移动。
1年天，每一天猎户座的东升西落和天赤道之间位置关系不变。
时间的视角，以日-地-影连线为参照物（以日-地-影连线在赤道平面的投影为参照物），时间的刻度是静止的。这是我们生活中的实际实际记录的时间视角，1天24小时，正南方扫过太阳1次，1年天，正南方扫过太阳次，我们记录了每一天的时间规律。时间视角与大地视角都是我们真实的视角，只是表达的方式不一样。正南方，随着地球的自转，扫过整个星空。星空，随着地球的公转，1年旋转了°。而太阳始终在12:00点整位置上下移动。
时间、时钟
我们用天体的几何学位置描述时间，定义时间，反过来时间也为我们描述了天体移动的时间规律。这就是真太阳时。星空是一个巨大的24小时刻度的时钟。日-地-影连线是时间的基准线，是24小时刻度的基准线。太阳的刻度是12:00。地球影子的刻度是0:00。正南方是这个时钟的指针。随着地球的自转，1天24小时，正南方扫过整个星空°。随着地球的公转，1年天，整个星空旋转了°。
时钟，不仅仅是计时工具。他同时描述了地球自转周期1天24小时，与地球公转周期1年天，以及两种运动中所有天体移动的时间规律。而准确的描述需要一个正确的时间刻度24小时=°。
相对运动
物理学，太空视角，地球在自转，并围绕太阳公转，这是地球真实的运动状态。大地视角、时间视角是因为我们站在地球上，天体运动是相对运动，是相对运动产生的视觉运动，天体并不是真实的“移动”了。物理学追求的是天体运动的本质，什么是真实的运动，什么是相对运动。
数学，无论是真实的运动，还是相对运动，还是相对运动产生的视觉运动，每一种运动、以及运动的时间规律，数学都可以详细、准确的描述。数学追求的是准确描述。
天文学，大地视角、时间视角才是我们现实生活中真实记录、测量的视角，无论大地视角、还是时间视角，天文学研究的都是天体移动的时间规律。而太空视角则是根据我们的记录的时间规律，反向计算出来的真实状态。
时间，天文学的核心，是开启天文学的钥匙。天文学对于时间的定义是天文历法，描述的是天文学中最重要的天文现象--地球的自转和围绕太阳的公转。学习天文学就是我们对时间认知，定义和利用的过程。而天文学对于天体移动时间规律（包括相对运动）的研究，推动了现代数学、物理学的大发展。
白天、黑夜，天文学对时间的利用。十二月份、一月份、两月份、三月份中的每一天我们都可以实际观察、测量正南方扫过猎户座时间的，因为正南方扫过猎户座的时间都在晚上。但是在六月份，猎户座和太阳是同时东升西落的，白天我们是看不见正南方扫过猎户座的，无法直接测量正南方扫过猎户座的时间。正南方扫过猎户座的时间其实我们是根据正南方扫过其他星座的时间，反算出来的。例如天蝎座，1年天，每一天正南方扫过猎户座和天蝎座的时间间隔都是一样的，六月份我们可以利用正南方扫过天蝎座的时间，反算初正南方扫过猎户座的时间。在星空中，猎户座和天蝎座是相对静止的，相差约°。
最大的疑惑
太空视角并不是我们能真实看到的视角，因为我们很难到达太空视角中这个真实中的太空位置。虽然我们现在已经可以载人航天，甚至我们已经登陆过月球，但是让宇航员飞到太空视角，目前我们还没做到。其实早在载人航天几百年前，太空视角就已经被天文学反向计算出来了。但这里面却隐藏了一个最大的疑惑。
天赤道，地球赤道在星空中的投影。但是随着地球围绕太阳的公转，地球一直在移动，上下、左右都有，那么地球的赤道也一直在移动了，天赤道跟着地球赤道移动了，但是实际观测的结果天赤道却始终没有移动，1年天，猎户座和天赤道之间的位置关系没有发生任何变化，这是为什么？
对于这个现象，数学的解释是非常简单的，无穷远。但是对于天文学，这个疑惑却困扰了天文学家上千年（因为古代天文学家不相信无穷远，相信"手可摘星辰"），而解释了这个天文现象一直要等到望远镜技术大发展了以后才解决。天文学家们真实的测量了一下无穷远到底有多远，而对于这个天文现象的解释还有一个天文学有专用词汇--恒星视差。
请看下一章：天赤道和无穷远
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