日間天文學(xué)

一、為什么天空是藍(lán)色的

為什么太陽光被分解成向各個方向均勻散射的藍(lán)光（天空藍(lán)）和始終集中閃耀的黃光呢？

太陽只有高懸于天空時(shí)看起來才是淡黃色的，越靠近地平線它的顏色就越深-從橙黃色、橙色到橙紅色?？隙ú皇翘栕陨淼膹┥l(fā)生了變化，這其中一定存在一個物理現(xiàn)象甚至有可能它與天空藍(lán)出現(xiàn)的原因是相同的。

藍(lán)天其實(shí)是通過一個“篩選機(jī)制”形成的，這一篩選過程在大氣層內(nèi)進(jìn)行。太陽光在大氣層中所走的路程越長，篩選得越徹底，并且這一機(jī)制對藍(lán)光的作用最為明顯。19世紀(jì)時(shí)，英國物理學(xué)家瑞利勛爵經(jīng)過觀察，對這一機(jī)制給出了解釋：大氣層內(nèi)的分子和原子決定了天空的顏色。這些分子和原子與太陽光相遇時(shí)，會迅速形成帶電粒子，并且?guī)щ娏Ｗ又卸嘤嗟哪芰繒苯虞椛涞街車沫h(huán)境中去。由于這種能量的“返還”是向著任意方向的，原來的太陽光中就有一部分光被篩選出來，向各個方向散射出去了。

物理學(xué)家們認(rèn)為，光（以及其他形式的電磁輻射）是以波的形式存在的，因此，波長和頻率是光的兩個基本屬性。不同顏色的光的波長不同，比如藍(lán)光的波長在420～480nm（1nm＝10-9m）之間，紅光的波長則在640～800nm之間。入射光波長是與之相撞的空氣粒子直徑的50～100倍。瑞利勛爵在1861年發(fā)現(xiàn)，他所描述的散射效應(yīng)的強(qiáng)度與波長的長短密切相關(guān)，與空氣粒子相撞的光波長越短，散射就越強(qiáng)烈-藍(lán)光的散射強(qiáng)度大約是紅光的16倍。通過散射，不同顏色的光被層次分明地篩選出來。

二、大氣光學(xué)現(xiàn)象

白色的太陽光是由不同顏色的光疊加形成的，我們看到的彩虹就可以證明這一點(diǎn)。彩虹的形成是由于太陽光照射到雨滴上并被雨滴反射。光的反射并不是發(fā)生在雨滴的外壁上，否則只會形成一道由無數(shù)光點(diǎn)匯成的“白虹”。事實(shí)上，太陽光會穿進(jìn)雨滴，并像穿過玻璃透鏡一樣發(fā)生折射，也就是說，筆直的太陽光的路徑發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。光的折射也與波長相關(guān)，藍(lán)光的折射角比紅光的大。光折射入雨滴發(fā)生色散后在雨滴內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)，然后在雨滴內(nèi)壁上發(fā)生反射，這些單色的反射光在雨滴內(nèi)繼續(xù)沿直線前行，再次遇到空氣與雨滴的邊界時(shí)被折射出去，藍(lán)光的折射角仍然比紅光的大。于是我們就看到了一個典型的七色彩虹橋，彩虹橋的內(nèi)圈為藍(lán)色，外圈為紅色。自古以來，人們出于各種原因認(rèn)為數(shù)字7代表圓滿，所以對彩虹的7種顏色-赤、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫-再熟悉不過了。

另外一些大氣光學(xué)現(xiàn)象，比如包括幻日現(xiàn)象在內(nèi)的各種暈、華和虹彩云的成因相似。所有這些現(xiàn)象的出現(xiàn)都需要一個媒介，使照射于其上的日光或月光發(fā)生色散，并進(jìn)行反射或衍射。

三、天旋還是地轉(zhuǎn)？

在晨昏之間，太陽會以或高或低的弧度劃過天空，并在正午時(shí)分到達(dá)它在這一天中的最高點(diǎn)，即天文學(xué)中所謂的“上中天”。這一方位并不會隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。于是人們把正午時(shí)分太陽所在的方位命名為“南”，太陽在此時(shí)總是位于正南方。當(dāng)一個人面朝南方時(shí)，他左手的方向?yàn)闁|，右手的方向?yàn)槲?，而第四個方向-北，就在他身后。

由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看到的天空也一直在改變

四、繞日公轉(zhuǎn)

太陽雖然每天早晨都從東方升起，但是升起的時(shí)間和位置卻不是一成不變的：在12月中下旬，它每天很晚才從東南方升起，在天空中走出一條緩和的弧線，下午從西南方落下；而半年之后，它每天早早就從東北方升起，在天空中走出一條高高的圓弧，傍晚很晚才從西北方落下。在古代文明高度發(fā)展之前，古人每年都會舉辦一次獻(xiàn)祭活動以祈禱太陽早點(diǎn)回歸，促使古人這么做的天文現(xiàn)象（即太陽的出現(xiàn)時(shí)間和位置總是在變化），就是由地球的另一種運(yùn)動-繞日公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。

五、光的折射

我們?nèi)绻屑?xì)觀察太陽沉入地平線的過程，就會發(fā)現(xiàn)，太陽在最終消失之前，移動速度好像變得越來越慢：它的上下邊緣逐漸靠攏-原本圓形的太陽看上去像被擠成了橢圓形，之后它才沉入地平線。

之所以會出現(xiàn)這一現(xiàn)象，是因?yàn)榈厍虼髿鈱訉μ柟獾恼凵湫?yīng)。太陽光是斜著進(jìn)入大氣層的，并且在到達(dá)地表之前，穿過的大氣層的密度不斷增大。因此，太陽光一路不斷發(fā)生輕微的偏折，這就導(dǎo)致我們最終看到的太陽比它在地平線之上的實(shí)際位置略高一些。

六、日食

偶爾地，白晝也會短暫地天昏地暗，這是月球在軌道上繞地公轉(zhuǎn)時(shí)，剛好運(yùn)行到地球和太陽之間，將太陽遮擋住的緣故。然而日食的程度只有足夠大，我們才能真正感覺到天空變暗。如果月球不能將太陽圓面遮擋住1／2乃至2／3，我們是無法察覺天空變暗的。

因?yàn)樘柡驮虑蛟谔炜罩械囊曋睆讲畈欢?，所以在最理想的情況下，月球可以將太陽全部遮住。日全食發(fā)生的時(shí)候，會有那么幾分鐘，天色昏暗到我們至少可以看到較為明亮的恒星和行星。

夜間天文學(xué)

赤道坐標(biāo)系

天體（如恒星、行星和星系）在天空中的位置可以像地球上的某點(diǎn)一樣，用一組坐標(biāo)標(biāo)記出來。在地球表面，這一組坐標(biāo)分別是地理上的經(jīng)度和緯度；在天空中，這一組坐標(biāo)則是赤經(jīng)和赤緯。

赤經(jīng)用希臘字母α表示，它的原點(diǎn)是天赤道上的春分點(diǎn)，從春分點(diǎn)向東開始計(jì)量。赤經(jīng)的計(jì)量單位為時(shí)、分、秒。赤緯則用希臘字母δ表示，代表的是天體與天赤道之間的角距離，天赤道以北的赤緯用正數(shù)表示，以南的則用負(fù)數(shù)表示。

任意一個天體的位置都可以用α和δ來標(biāo)記，星表和星圖中都會標(biāo)出天體的赤經(jīng)和赤緯。

恒星的亮度

為了描述恒星的亮度，天文學(xué)家使用了希臘天文學(xué)家喜帕恰斯在2100多年前制定的一套衡量恒星亮度的體系：喜帕恰斯將肉眼可見的恒星分為了6等，最亮的恒星為1等星，最暗的恒星則為6等星-這種等級的劃分也是歐洲學(xué)校的一種評分體系。