第二章
天界現(xiàn)象

由于星辰間的距離太過(guò)漫長(zhǎng)，單憑肉眼觀測(cè)，我們絕不可能對(duì)宇宙的大小形成一個(gè)明晰的概念，并且很難想象出我們與這些天體的實(shí)際距離。假若我們能一望而知星辰的遠(yuǎn)近，假若我們的眼睛又銳利得足以看出恒星和行星表面上的微小的形貌，那么，宇宙的真實(shí)構(gòu)造便會(huì)在人類(lèi)開(kāi)始研究星空的那一天就真相大白了。只要略微思索就容易明白，假如我們能離開(kāi)地球相當(dāng)遠(yuǎn)的距離（比如它的直徑的一萬(wàn)倍吧），那時(shí)我們便不能看出它的大小而只看到一個(gè)點(diǎn)，在太陽(yáng)的光下，它也就會(huì)像一顆天上的星星一樣向我們閃爍。古人卻不曾想到這一點(diǎn)，因此他們便認(rèn)為那些天體都如他們所看到的那樣，和地球是絕不相似的東西。即使到了現(xiàn)代，我們自己仰望天空的時(shí)候，也很難想象這些恒星比那些行星要遠(yuǎn)出千百萬(wàn)倍。它們都好像是在一個(gè)天空上以同等遠(yuǎn)近分布著。只有邏輯和數(shù)學(xué)所折射出的理性的光輝才能幫助我們得知它們真實(shí)的分布與遠(yuǎn)近來(lái)。

正因?yàn)殡y以想象出這種巨大的尺度差異，所以要在心里形成一幅符合它們之間真實(shí)關(guān)系的圖畫(huà)便非常困難。在這里，讀者們得用上十二分小心的注意力，以便我把這些毫無(wú)頭緒的關(guān)系用最簡(jiǎn)單的方法表示出來(lái)，從而把實(shí)際情形與我們所見(jiàn)的情形聯(lián)結(jié)起來(lái)。

讓我們假定把地球從我們腳下拿開(kāi)了，剩下我們?cè)诳罩袘覓熘Ｄ菚r(shí)我們便會(huì)看見(jiàn)各種天體——太陽(yáng)、月亮、行星、恒星——在各方向圍繞著我們，上下東西南北都有。那時(shí)眼睛所看見(jiàn)的就沒(méi)有別的東西。正如我們方才所解釋的，所有這些東西在我們看來(lái)也都是同樣遠(yuǎn)近的。

從中心點(diǎn)向各方向以同等距離散開(kāi)來(lái)的大量的點(diǎn)一定是都在一個(gè)空洞球體的內(nèi)部表面上的。因此在我們所假定的這種情形下，諸天體在我們看來(lái)一定也像是安置在一個(gè)球面上，而我們自己恰在球的中心。既然天文學(xué)的最終目的之一是研究我們看到的天體的方位，所以我們看到的大球在天文學(xué)中談起來(lái)也就仿佛是真有這回事了。這便是所謂“天球”（celestial sphere）。在我們所想象的這種情形中，腳下的地球一旦失去，所有在這天球上的天體就會(huì)在任何時(shí)刻都靜止不動(dòng)了。一天一天，一星期一星期過(guò)去了，那些恒星還在那兒紋絲不動(dòng)。不錯(cuò)，我們?nèi)绻o靜守候著那些行星，就會(huì)看出在幾天或幾星期（這是依它們各自的情形而定的）之內(nèi)它們慢慢繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，但這不是一下子便可看出的。我們的第一個(gè)印象大概是這個(gè)球是由什么堅(jiān)固的水晶體做成的，而那些天體便都釘牢在它的內(nèi)部表面上。古人有過(guò)這種概念，他們還把它修正得更近乎實(shí)際，他們幻想著有許多的球形互相嵌套在一起，以代表各天體的不同距離。

心中記住了這種概念，我們?cè)侔训厍虬峄啬_下來(lái)。現(xiàn)在我們又要測(cè)試一下讀者的想象力了：地球的大小在與天空比較的時(shí)候只是一粒微點(diǎn)；可是我們?nèi)舭阉旁谶m當(dāng)?shù)牡胤剑谋砻姹銖奈覀冄壑薪厝チ艘话胗钪妫孟褚粋€(gè)蘋(píng)果會(huì)從爬在上面的小蟲(chóng)的眼中遮去房間的一半一樣。在地平線上的一半天球還可以看見(jiàn)，便叫作“可見(jiàn)半球”（visible hemisphere）；另一半在地平線下，被地球遮掩了看不見(jiàn)的，便叫作“不可見(jiàn)半球”（invisible hemisphere）。當(dāng)然我們可以周游地球去看那一半球的。

記清楚這種情形后，我們要再請(qǐng)讀者集中一下注意力。我們知道地球不是靜止的，它不停地繞著通過(guò)它中心的一根轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，這件事的結(jié)果便是整個(gè)天球看起來(lái)都向相反的方向旋轉(zhuǎn)了。地球從西往東轉(zhuǎn)，因此天球便好像是從東往西轉(zhuǎn)。這實(shí)際的地球自轉(zhuǎn)和因之而起的星辰的視轉(zhuǎn)動(dòng)便叫作“周日運(yùn)動(dòng)”（diurnal motion），因?yàn)檫@種運(yùn)動(dòng)是一日一周。

星辰的每日視轉(zhuǎn)動(dòng)

我們第二步便要表示出在地球自轉(zhuǎn)的極簡(jiǎn)單的概念與因之而起的天體的周日視轉(zhuǎn)動(dòng)所表現(xiàn)的較復(fù)雜的現(xiàn)象之間的聯(lián)系。后者是隨地球上觀察者所在的緯度不同而不同的。我們先從在北緯中部所看見(jiàn)的現(xiàn)象說(shuō)起。

為了這個(gè)目的，我們可以先想象造出一個(gè)內(nèi)空的大球來(lái)代表天球。我們可以隨意把它造多么大，但一個(gè)直徑10米左右的已足夠用了。現(xiàn)在用圖1表示這個(gè)大球的內(nèi)部，它是釘在轉(zhuǎn)軸的兩點(diǎn)上（P和Q），使它能夠傾斜地旋轉(zhuǎn)。在中心點(diǎn)O上，我們有一個(gè)平的盤(pán)子——NS，我們?cè)谶@盤(pán)上坐著。星座都在球的內(nèi)部，全表面上都有，可是下面一半被盤(pán)子遮住了，我們看不見(jiàn)。這個(gè)盤(pán)子很顯然地代表了我們的地平線。

現(xiàn)在我們便使這大球在轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)起來(lái)。這時(shí)發(fā)生了什么事？我們會(huì)看到在轉(zhuǎn)軸的P點(diǎn)附近的星在大球旋轉(zhuǎn)時(shí)也都繞著P點(diǎn)轉(zhuǎn)。在KN圈上的星繞到P點(diǎn)下面的時(shí)候會(huì)擦到圓盤(pán)的邊。離P點(diǎn)更遠(yuǎn)的星就會(huì)沉落到盤(pán)底下去，或遠(yuǎn)或近，依它們離P點(diǎn)的遠(yuǎn)近而定。靠近EF圈上的星正在PQ之間，它們的旋轉(zhuǎn)路程一半在盤(pán)上一半在盤(pán)下。最后，在ST圈內(nèi)的星就永不能升到盤(pán)上面來(lái)，因此也永不能為我們所見(jiàn)。

我們眼中的天球正是這樣一個(gè)球，不過(guò)加上無(wú)限的廣袤而已。在我們看起來(lái)，它也是把天上的一點(diǎn)當(dāng)成轉(zhuǎn)軸不停地繞著旋轉(zhuǎn)，差不多一日一周，太陽(yáng)、月亮、星辰也都隨著它旋轉(zhuǎn)。星辰都保留著它們自己相互間的位置，就好像是釘扎在旋轉(zhuǎn)的天球中一樣。這便是說(shuō)，如果我們?cè)谝归g任何一小時(shí)內(nèi)給它們拍攝一張照片，那么在其他任何小時(shí)內(nèi)它們也還是照片中的狀況，只要我們能把它放在準(zhǔn)確的方位上。

轉(zhuǎn)軸的P點(diǎn)叫作“天球北極”（north celestial pole）。在北緯中部的居民（我們中的大部分都是）眼中，它便在北天上，差不多正當(dāng)天頂與北方地平線的正中。我們住的地方愈向南去，北極便愈靠近地平線，它離地平線的高度正相當(dāng)于觀察者所在地的緯度。離北極很近的一顆星便是北極星，我們以后要講怎樣去尋找它。在平常的觀測(cè)中，北極星似乎從來(lái)不移動(dòng)。其實(shí)它離北極只有一度多一點(diǎn)，這差別我們現(xiàn)在可以不管它。

正對(duì)著天球北極的是“天球南極”（south celestial pole），它在地平線下，與北極離地平線的距離一樣遠(yuǎn)。

很明顯，在我們的緯度上所看見(jiàn)的周日運(yùn)動(dòng)是傾斜的。當(dāng)太陽(yáng)從東方出來(lái)的時(shí)候，它看起來(lái)并不是從地平線上一直升起來(lái)的，它的路線是傾向著南方與地平線成一個(gè)或大或小的銳角。因此在它沉沒(méi)的時(shí)候，它對(duì)于地平線也還是取著傾斜的路線。

現(xiàn)在我們?cè)傧胂蟪鲆恢O大的圓規(guī)來(lái)，它要大得足以接著天界。我們把它的一只腳定在天球北極，再把另一只腳接上北極下面的地平線。讓指定北極的那只腳不動(dòng)，而用另一只腳在天球上畫(huà)出一個(gè)大圓圈來(lái)。這大圓圈的下面正好和地平線相連，而它的上面，在我們的北緯地區(qū)看起來(lái)，最高點(diǎn)已差不多接近天頂了。這大圓圈里的星是永遠(yuǎn)不落的，它們看起來(lái)只是每日環(huán)繞北極轉(zhuǎn)動(dòng)一周。因此，這圓圈便叫作“恒顯圈”（circle of perpetual apparition）。

在這圈外更向南的星都有升有落，可是越往南去的星每天在地平線上的路程就越少，直到最南方的一點(diǎn)上，星星只在地平線上略微一露面就隱退了。

更往南去的星，在我們的緯度上看起來(lái)，就根本不出現(xiàn)了。那些星都在一個(gè)“恒隱圈”（circle of perpetual occultation）中。恒隱圈以天球南極為中心，正像恒顯圈以天球北極為中心一樣。

圖2是北方所見(jiàn)的恒顯圈內(nèi)的北天主要星座。把適當(dāng)?shù)脑路蒉D(zhuǎn)到頂上來(lái)，我們便可看到當(dāng)月每日晚上8時(shí)前后的北天星座了。圖中也標(biāo)出了找北極星的方法，就是利用大熊座中7顆星（北斗七星）中的兩顆“指極星”（Pointers）的延長(zhǎng)線，那便是對(duì)著北極的方向。

現(xiàn)在我們來(lái)變換一下我們的緯度看看會(huì)有什么變化。如果我們是向赤道方向旅行，我們的地平線方向也改變了，而且在途中可以看到北極星漸漸地往下沉落得越來(lái)越低。我們接近了赤道，它也接近了地平線；我們到了赤道，它也到了地平線上。當(dāng)然，恒顯圈也隨之越來(lái)越小，我們到了赤道時(shí)，恒顯圈也就完全消失了，南北方向地平線上各有天的一極。那里的周日運(yùn)動(dòng)就跟我們此地所見(jiàn)的完全不同了。太陽(yáng)、月亮、星辰，升起來(lái)時(shí)就一直向上。如果有顆星恰好在正東方升起，它必定會(huì)正好經(jīng)過(guò)天頂，從偏南些的天上升起的星一定從天頂南邊過(guò)去；而偏北的星也自然從天頂北邊過(guò)去了。

我們?cè)倮^續(xù)往南走，到了南半球，我們又看到太陽(yáng)雖然從東方出來(lái)，卻大致是從天頂?shù)谋泵鏅M過(guò)中天了。南北兩半球上的最大不同點(diǎn)便是：太陽(yáng)既然在天頂?shù)谋边呥^(guò)中天，它的視運(yùn)動(dòng)就不像我們這兒一樣跟鐘表上的時(shí)針?lè)较蛞恢拢瑓s恰好與之相反了。在南緯中部，我們所熟悉的北天星座都永遠(yuǎn)在地平線下，而南方卻出現(xiàn)了新的星座。有些南天星座是頗以美觀著名的，例如南十字座。其實(shí)，大家常以為南天比北天更加美麗而且包含更多的星。可是這種見(jiàn)解現(xiàn)在已被證明是不正確的了。很仔細(xì)地研究計(jì)算這些星辰后，我們知道南天和北天的星數(shù)差不多是相等的。大概我們剛才說(shuō)的這種印象是由于南天相對(duì)晴朗些也未可知。南非洲以及南美洲的空氣中確實(shí)比我們北方較少煙霧，這也許是那兒氣候比較干燥的緣故。

我們剛才說(shuō)的北天星辰繞天極的周日運(yùn)動(dòng)也同樣可以適用于南天。但是南天并沒(méi)有南極星，因此也沒(méi)有方法找出天球南極來(lái)。南極附近有一些小星，可是也并不比天上別處更密。當(dāng)然南半球上也有它的恒顯圈，而且我們?cè)酵先ィσ苍絹?lái)越大。這便是說(shuō)在南極周?chē)幸粓A圈中的星辰永遠(yuǎn)不落，卻繞著南極轉(zhuǎn)，看起來(lái)的方向也正和北天上的相反。因此，也還有一個(gè)恒隱圈，里面包括了北極附近的星座，而這些星座卻是在我們的緯度上永遠(yuǎn)不落的。一旦我們過(guò)了南緯20度，就絕看不見(jiàn)小熊座的任何部分。再往南去，大熊座也只在地平線上或多或少地露出一部分了。

如果我們?cè)倮^續(xù)向南極旅行，我們便再也看不到星辰的升落了。那些星都平行地繞著天上一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，中心南極便在天頂。當(dāng)然這種情形在北極也是一樣的。