2022-07-23 - 草稿

日间天文学

一、为什么天空是蓝色的

为什么太阳光被分解成向各个方向均匀散射的蓝光（天空蓝）和始终集中闪耀的黄光呢？

太阳只有高悬于天空时看起来才是淡黄色的，越靠近地平线它的颜色就越深-从橙黄色、橙色到橙红色。肯定不是太阳自身的彦色发生了变化，这其中一定存在一个物理现象甚至有可能它与天空蓝出现的原因是相同的。

蓝天其实是通过一个“筛选机制”形成的，这一筛选过程在大气层内进行。太阳光在大气层中所走的路程越长，筛选得越彻底，并且这一机制对蓝光的作用最为明显。19世纪时，英国物理学家瑞利勋爵经过观察，对这一机制给出了解释：大气层内的分子和原子决定了天空的颜色。这些分子和原子与太阳光相遇时，会迅速形成带电粒子，并且带电粒子中多余的能量会直接辐射到周围的环境中去。由于这种能量的“返还”是向着任意方向的，原来的太阳光中就有一部分光被筛选出来，向各个方向散射出去了。

物理学家们认为，光（以及其他形式的电磁辐射）是以波的形式存在的，因此，波长和频率是光的两个基本属性。不同颜色的光的波长不同，比如蓝光的波长在420～480nm（1nm＝10-9m）之间，红光的波长则在640～800nm之间。入射光波长是与之相撞的空气粒子直径的50～100倍。瑞利勋爵在1861年发现，他所描述的散射效应的强度与波长的长短密切相关，与空气粒子相撞的光波长越短，散射就越强烈-蓝光的散射强度大约是红光的16倍。通过散射，不同颜色的光被层次分明地筛选出来。

二、大气光学现象

白色的太阳光是由不同颜色的光叠加形成的，我们看到的彩虹就可以证明这一点。彩虹的形成是由于太阳光照射到雨滴上并被雨滴反射。光的反射并不是发生在雨滴的外壁上，否则只会形成一道由无数光点汇成的“白虹”。事实上，太阳光会穿进雨滴，并像穿过玻璃透镜一样发生折射，也就是说，笔直的太阳光的路径发生了偏转。光的折射也与波长相关，蓝光的折射角比红光的大。光折射入雨滴发生色散后在雨滴内继续前进，然后在雨滴内壁上发生反射，这些单色的反射光在雨滴内继续沿直线前行，再次遇到空气与雨滴的边界时被折射出去，蓝光的折射角仍然比红光的大。于是我们就看到了一个典型的七色彩虹桥，彩虹桥的内圈为蓝色，外圈为红色。自古以来，人们出于各种原因认为数字7代表圆满，所以对彩虹的7种颜色-赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫-再熟悉不过了。

另外一些大气光学现象，比如包括幻日现象在内的各种晕、华和虹彩云的成因相似。所有这些现象的出现都需要一个媒介，使照射于其上的日光或月光发生色散，并进行反射或衍射。

三、天旋还是地转？

在晨昏之间，太阳会以或高或低的弧度划过天空，并在正午时分到达它在这一天中的最高点，即天文学中所谓的“上中天”。这一方位并不会随着时间的推移而发生变化。于是人们把正午时分太阳所在的方位命名为“南”，太阳在此时总是位于正南方。当一个人面朝南方时，他左手的方向为东，右手的方向为西，而第四个方向-北，就在他身后。

由于地球的自转，我们看到的天空也一直在改变

四、绕日公转

太阳虽然每天早晨都从东方升起，但是升起的时间和位置却不是一成不变的：在12月中下旬，它每天很晚才从东南方升起，在天空中走出一条缓和的弧线，下午从西南方落下；而半年之后，它每天早早就从东北方升起，在天空中走出一条高高的圆弧，傍晚很晚才从西北方落下。在古代文明高度发展之前，古人每年都会举办一次献祭活动以祈祷太阳早点回归，促使古人这么做的天文现象（即太阳的出现时间和位置总是在变化），就是由地球的另一种运动-绕日公转产生的。

五、光的折射

我们如果仔细观察太阳沉入地平线的过程，就会发现，太阳在最终消失之前，移动速度好像变得越来越慢：它的上下边缘逐渐靠拢-原本圆形的太阳看上去像被挤成了椭圆形，之后它才沉入地平线。

之所以会出现这一现象，是因为地球大气层对太阳光的折射效应。太阳光是斜着进入大气层的，并且在到达地表之前，穿过的大气层的密度不断增大。因此，太阳光一路不断发生轻微的偏折，这就导致我们最终看到的太阳比它在地平线之上的实际位置略高一些。

六、日食

偶尔地，白昼也会短暂地天昏地暗，这是月球在轨道上绕地公转时，刚好运行到地球和太阳之间，将太阳遮挡住的缘故。然而日食的程度只有足够大，我们才能真正感觉到天空变暗。如果月球不能将太阳圆面遮挡住1／2乃至2／3，我们是无法察觉天空变暗的。

因为太阳和月球在天空中的视直径差不多，所以在最理想的情况下，月球可以将太阳全部遮住。日全食发生的时候，会有那么几分钟，天色昏暗到我们至少可以看到较为明亮的恒星和行星。

夜间天文学

赤道坐标系

天体（如恒星、行星和星系）在天空中的位置可以像地球上的某点一样，用一组坐标标记出来。在地球表面，这一组坐标分别是地理上的经度和纬度；在天空中，这一组坐标则是赤经和赤纬。

赤经用希腊字母α表示，它的原点是天赤道上的春分点，从春分点向东开始计量。赤经的计量单位为时、分、秒。赤纬则用希腊字母δ表示，代表的是天体与天赤道之间的角距离，天赤道以北的赤纬用正数表示，以南的则用负数表示。

任意一个天体的位置都可以用α和δ来标记，星表和星图中都会标出天体的赤经和赤纬。

恒星的亮度

为了描述恒星的亮度，天文学家使用了希腊天文学家喜帕恰斯在2100多年前制定的一套衡量恒星亮度的体系：喜帕恰斯将肉眼可见的恒星分为了6等，最亮的恒星为1等星，最暗的恒星则为6等星-这种等级的划分也是欧洲学校的一种评分体系。