伸出你的手，就能测量星空：简单而有趣

源自：中科院之声公众号

　　导语：在天文观测中常用视距离表示远近或是大小，也即是眼睛看到天体之间或天体直径的角度。把胳膊伸直，我们手掌的一些特征表征了一些角度，利用北斗七星校准之后，可以估计夜空中天体的角距，有助于我们观看星图，认识星空，以特殊的星星（例如北斗七星）作为路标，根据角距和方向寻找和观察星座。

　　说到天文上的距离，很多朋友能够很快的说出“光年”、“光秒”一类的单位──光年、光秒不是时间长短，而是光一年、一秒所能行进的距离。光的速度非常快，一秒钟就能行进大约30万公里。不过，天文上经常使用其他一些距离单位，比如天文单位──指地球到太阳的平均距离，还有这里要说到的天文角距（angular distance）或角直径（angularsize）。在天文观测中常说的星星之间的距离，并不是指它们之间的远近，而是它们彼此的视距离。就好比下图中的小人一样，我们眼睛看到两颗星星之间有一个夹角，或者看天体比如月亮的直径也有一个角度。和其他我们日常生活见到的角度一样，它以“度（°）”为计量单位。观察夜空的时候，地平线到正头顶即为90°，而月亮的角距大约是0.5°。
　　

角距离和角直径

　　对我们普通天文爱好者来说，星星间的天文角距简单估计就可以了。估计一下它，有助于我们进行天文拍照时了解视野范围，快速调整相机的镜头焦距。伸出你的手，就能简单的测量星空──人们总结了如图所示的很多经验：把胳膊伸直（也就是一臂远处看），小拇指顶端的宽度差不多正好是1°，食指、中指和无名指3根手指在一臂远处的宽度大约是5°，一个拳头的宽度大约是10°，小拇指和食指间张开的距离大约是15°，整只手从大拇指到小拇指的宽度大约是25°。更长的距离可以重复使用这些标准来估计。
　　一臂远处一些手掌特征的对应的角度（1）

　　还有另外一些流传使用的手势，比如如图，同样把指尖最细的部分估计为1°，把张开手掌的距离估计为10°，把食指的3个指节估计为3°、4°和6°。这些都是一些便捷实用的记法。
　　

一臂远处一些手掌特征的对应的角度（2）

　　这些角度对应什么特征呢？而且，手的宽度毕竟因人而异，可能有些朋友的手不是很符合这些特征，那有没有校准的参考呢？在星空中我们通常借助北斗七星来参考。通常天空中最容易辨认的就是北斗七星，同样不需要什么仪器，只需要利用我们的眼睛就能寻找和观察它。无论在一年中的哪一天或者是晚上的哪个时刻，只要夜空晴朗，我们都能在北半球的中纬度地区看到北斗七星悬挂在北天之上。我们的老祖先把这七颗明亮又总是排列在一起的星星联系起来想象成为古代舀酒的斗形，它们总是指明北方，名为北斗七星。我们国家的第一个导航卫星系统就起名为“北斗”系统，正是取了它自古以来就指引方向的意思。
　　古人给北斗七星分别如图起名为天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光。星等依次为2.02、2.35、2.39、3.29、1.76、2.22、1.85。星等越大，星星越暗。因此它们从亮到暗依次是玉衡、摇光、天枢、开阳、天璇、天玑、天权。
　　

北斗七星

　　如下图所示，北斗七星形状始终是“勺形”，而它们的“勺口”总是冲着一颗明亮的星星，也就是大名鼎鼎的北极星。因为北极星更加接近地球的北天极，差不多正对着地轴，而地球存在公转，在各个季节北斗七星似乎在围绕北极星“转动”。古人根据初昏时北斗的“勺柄”或者说“斗柄”所指的方向来决定季节：“斗杓东指，天下皆春；斗杓南指，天下皆夏；斗杓西指，天下皆秋；斗杓北指，天下皆冬。”（《鹖冠子》）
　　

不同季节北斗七星围绕着北极星

　　所以北斗七星也是我们确认夜空中南北方向的指向标，这在观看星图时也非常重要。回到北斗七星对我们用手估计测量星空中焦距的帮助上，根据测量，如图所示，北斗七星的天枢和天璇的间距──也就是指向北极星的2颗星星的间距为5°，天枢和天权的间距──也就是“勺子的宽度”为10°，天枢和玉衡的间距──也就是“勺口一端”到北斗七星中最亮的星星之间的间距为15°，而北斗七星整个的长度大约是25°。
　　

北斗七星的一些特征角度，可以用于校准

　　了解了这些，我们就可以用我们自己的手测量一下北斗七星，从而确定自己手的宽度。例如，许多朋友的大拇指和小拇指张开并不能达到25°，可能只有20°-22°。但一旦我们通过比较，知道了自己的手与测量星空之间的关系，这种方法就相当准确并且实用。当我们实际估计了天空中一些天体的角距之后，有助于我们观看星图，认识星空，以特殊的星星（例如北斗七星）作为路标，根据角距和方向寻找和观察星座。另一方面，通过天体角度的观测，也可以巧妙的估计实际的距离，如下图，由于可以利用地球公转不同位置时观察天体的角度p画三角形，由于地球到太阳的距离已知（称为一个天文单位），此时可以计算天体到太阳的距离d，因为这个距离非常非常大，比地球到太阳的距离大得多，近似认为这个距离d大约等于地球到该天体的距离。当这个三角形的角度p为一个角秒（1°的3600分之一）时，其到地球的距离记为秒差距（英文Parsec，缩写pc），它也是天文学上的一种长度单位。这个单位比光年还大，1 秒差距约等于3.26光年，或约30.86万亿公里。
　　

利用天文观测的角度估计其到地球的距离

　　撇开刚才说的这些公式──这些是那些研究者用的玩意儿──天文观测可以是简单而有趣的，只需要伸出你的手，就能简单地测量星空。