为什么北极星几乎不动？解密地球自转轴与星空“固定坐标”的原理

恰好位于地球自转轴指向的延长线方向附近。这就像你旋转一个陀螺时，它的旋转轴顶端指向的空间位置是相对固定的。要理解这个现象，需要从地球的自转、自转轴以及天球的概念说起：

地球的自转和自转轴：

• 地球像一个大陀螺，每天都在绕着一根假想的轴旋转，这根轴叫做自转轴。
• 自转轴穿过地球的南北两个地理极点（北极点和南极点）。
• 地球自转是造成我们每天看到太阳、月亮和星星东升西落的主要原因。

天球的概念：

• 为了方便描述天体在天空中的位置，天文学家想象有一个巨大的、以地球为中心的透明球壳包裹着整个宇宙，所有天体都“贴”在这个球壳的内壁上，这个假想的球体称为天球。
• 地球的自转轴可以无限延长，与天球相交于两个点：
  • 北天极： 地球自转轴指向北极星方向延长线与天球的交点。
  • 南天极： 地球自转轴指向南极方向延长线与天球的交点。

地球自转与星空的视运动：

• 由于地球在自转（从西向东），站在地球上的我们感觉不到地球在动，反而感觉是整个天球（包括所有星星）在绕着地球转动（看起来是自东向西旋转）。
• 这个旋转是围绕着一个轴进行的，这个轴就是地球自转轴在天球上的投影——连接北天极和南天极的假想轴线。
• 关键点： 天球上离北天极或南天极越近的星星，它们在旋转过程中划过的圆圈就越小。正好位于北天极或南天极上的星星（如果存在的话），看起来就是完全不动的，因为它就在旋转轴上。

北极星的位置：

• 目前，一颗名为勾陈一的恒星（通常称为北极星）恰好位于非常接近北天极的位置（距离不到1度）。
• 因为它离北天极这个旋转中心点非常近，所以它在夜空中划过的圆圈极其微小（直径不到2度），在肉眼观察下，尤其是在不太精确的日常观测中，它看起来就像是固定不动的。
• 所有其他星星看起来都在围绕着北天极（也就是围绕着北极星）做圆周运动，离北极星越远的星星，划过的圆圈就越大，运动就越明显。

为什么北极星不是绝对不动？

• 岁差： 地球的自转轴并非在空间中绝对固定。由于地球并非完美的球体（赤道略鼓），加上太阳和月球的引力作用，地球的自转轴会像一个缓慢晃动的陀螺那样，在太空中画出一个大圆锥。这个现象称为岁差。一个完整的岁差周期大约需要26,000年。
• 岁差的影响： 由于岁差，地球自转轴指向的延长线（即北天极的位置）会在天球上缓慢地移动，画出一个大圆圈。这意味着，不同的历史时期，不同的恒星会轮流成为“北极星”。例如，大约5000年前，古埃及人看到的北极星是右枢（天龙座α）。大约12000年后，织女星（天琴座α）将成为北极星。勾陈一只是当前这个时代最靠近北天极的亮星。
• 北极星自身的微小运动： 勾陈一本身在宇宙空间中也在运动（自行），但因为它距离我们非常遥远（约433光年），这种运动在天空中造成的位移极其微小，肉眼根本无法察觉。

总结：

北极星（勾陈一）看起来几乎不动，其核心原理在于：

地球的自转轴指向了宇宙空间中的一个特定方向（目前指向勾陈一附近）。 地球的自转使得整个星空看起来围绕着自转轴的延长线（北天极）旋转。 北极星（勾陈一）恰好位于非常接近北天极的位置，处于这个旋转运动的中心点附近，因此它在夜空中划过的轨迹小到肉眼难以察觉，仿佛固定不动。 其他星星离这个旋转中心较远，因此划出明显的圆弧，看起来在移动。

所以，北极星就像一个天然的“灯塔”，为我们指示了地球自转轴的方向（近似指向地理正北方），是地球自转运动在浩瀚星空中的一个直观体现。但这种“固定”是相对的，是位置巧合的结果，并且会随着地球自转轴的缓慢摆动（岁差）而在漫长的岁月中发生改变。