天极是地球的自转轴(地轴)(英语:earth axis),向天球延伸后,在无穷远处与天球交会的两个假想点。

夜空中的星星,看起来是从头顶上由东向西移动,使人产生天球也在从东向西自转的感觉,这是由于人观测星空时是以地球为参考系的缘故;由于地球不是惯性系,是绕地轴持续自转,因此相对观测者而言会产生天球绕地轴自转的错觉。天球“自转”周期与地球自转周期一样,皆为恒星时的23小时56分04秒。

地轴延伸至无穷远处与天球相交于两点称为天极。以地球为参考系时,观测者会观测到这两个点是天球上唯一的一对不动的点,以此二点连线(即地轴)为基准轴,以地心为原点,以赤道平面为基准面,所建立的天球坐标系统,即是天球赤道座标系统,相应的二天极坐标的第三坐标(即赤纬)分别为分别是+90°(北天极)和-90°(南天极)。

对于天文摄影中的追踪摄影,作为追踪装置的赤道仪必需先对准天极始能准确追踪拍摄天体。

北天极的定位

现在在北天极附近存在一颗视星等为2等的恒星(小熊座α星,中国星名为勾陈一,又名北辰,纬度为+89° 15′51″,虽接近90度,但仍有0.7度的差),因而被称为北极星(英文为Polaris,源自拉丁文“Pole Star”)。相对于北半球观测者而言,北极星总在地平线以上,其地平高度角与观测者的地理纬度,几乎可以认为一致。因此北极星成为在北半球野外旅行时定方位的有用指标,但只在北半球才能看见北极星。

事实上,北极星在北天极附近纯属巧合。估计他还有1,000年的时间能被称为北极星,勾陈一成为北极星只是25,700年的岁差周期中的一小部分时间而已。在1,000年之后,仙王座少卫增八(仙王座γ)将成为离北天极最近的恒星(即北极星)。在大约公元7500年之时,(仙王座α,中国星名为天钩五)将成为北极星;在公元10200年左右,天津四将成为北极星;公元11600年北极星则为天津二;在公元14000年之际,织女星(天琴座α星)将成为北极星,但到时他离北天极仍有6°的距离。

南天极

在距南天极附近1°处有一颗可作为南极星的暗星:南极座的南极座σ。但其视星等为5.5等,即使在晴朗的夜晚也不易被看见,因此不足以作为标示南天极的指极星,所以没有南极星,亦因此寻找南天极位置亦有一定难度。

通常有以下三种方法寻找南天极:

南十字座

南十字座是南半球较容易见到的星座之一,南十字座与半人马座南门二(半人马α)与马腹一(半人马β)能助我们找到南天极。先画一条假想的线穿过南十字座长轴上的十字架一(南十字γ)与十字架二(南十字α),并继续向南延长。当长度为这两颗星距离的4.5倍时,或是想像在南门二和马腹一连线上画一条中垂线,直到这条线与先前来自南十字座的线相交汇,交点就是南天极所在位置。

老人星和水委一

第二种方法是使用全天第二亮的老人星(船底座α)和水委一(波江座α)。利用这两颗星作为等边三角形的两个顶点,两颗星的连线作为一个巨大的正三角形的一个边,那么假设的第三个角就是南天极,但这方法只能确定大概位置。

麦哲伦云

第三种方法只能在没有月光与云的夜晚来使用,因为要利用的是在南半球光度不是很亮的两个麦哲伦云。它们在天文书籍中分别被标示为大麦哲伦云和小麦哲伦云,他们在当地土著中被称为“brolgas”(即西方人称之天鹅),麦哲伦云其实是紧挨着我们银河系的两个不规则伴星系,同属于本星系团;跟以老人星和水委一确定天极的方法作一个正三角形,那么假想的第三个角就是南天极。

上述三种方法中,第二第三种方法其实会在天球上确定两个点(根据两点在一个平面上作正三角形,有两种做法),对于不太熟悉星空的天文爱好者来说最好有星座图或星座盘加以确定。

资料来源

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