3.1.2天象观测-天象观测的内容和方法

作者：地理人来源：未知时间：2024-08-09 阅读：次字体：大中小在线投稿

一、认识一些主要星座和著名亮星

　　学习天文知识，进行简易天象观测，一般都从认星开始。对于任何人来说，认识一些星星都是有益的，因为星星能给我们指示出正确的方向，告诉我们时间，乃至确定节气和掌握四季变化的规律等。星空，是摆在人们面前的“图书”，需要热情的读者经常去“阅读”它。

（一）活动星图的制作和使用

　　进行天象观测和认星，最好有一个活动星图。活动星图有两张纸，一张是底图，一张是盖图。底图本身是以天极为中心的投影星图，中间一点正好是天北极。如果有一个天球仪，你站在天极上往下看，把那些星投影到一个平面上，就可以得到这样一个星图。但还不完全是正射投影，赤道部分还需要往外开展，所以底图的基本结构是以天极为中心的投影星图，赤道以南还画了很多星，它的范围主要看我国大陆最南边的纬度是多少，对那样一个地理纬度来说，永不上升的天体就不用再画到底图上了。

　　星图中心是天极，中间是天赤道，外圆是南方的恒稳圈。那么这张底图所画的星就是中国国土范围内可能看到的恒星。

　　活动星图的底图是要旋转的，即表示由于地球自转而形成的天体周日视

运动。天体的周日视运动是顺时针方向旋转，是从地球中心往外看的结果。

星图是从球外向球心方向看，周日视运动的方向也刚好相反，是逆时针方向。

所以活动星图的底图应该逆时针方向旋转，这点要特别注意。再有，在底图

周围画了日期，因为底图上不仅有天赤道，而且有黄道，黄道和天赤道交于

春、秋分点。太阳在春分点是3 月21 日，在秋分点是9 月23 日。这样太阳

在黄道上某一个位置相当于某天就是确定的，把黄道上的日期位置延伸到底

图的最外圈，就能在星图的边上把日期标出来了。而上面那张盖图的外圈上

有时间，从0 点到24 点正好转一圈。0 点指向正北方向，星图逆时针方向旋

转，所以6 点在左边，18 点在右边。

上面盖图上的洞是椭圆形的，中心是观测地的天顶，它可以根据当地的

地理纬度决定。椭圆则是当地的地平圈。从椭圆中心到底图的中心，距离等

于90°减去当地的地理纬度φ，即天顶距天极的距离是90°-φ（天极的天

顶距）。活动星图比较容易买到，如果是自己制做，底图也需要购买。购买

活动星图时，要注意是否适合当地（地理纬度）使用。

活动星图的使用方法很简单，首先找到日期，然后旋转底图，使日期和

观测时间一致。找到时间，那么中间的天象图就是你在那个时间所能看到的

天象。

（二）星座和星等

古人为了便于认星，将全天分成若干个区域。我国古代把这样的区域叫

“星宿”或“垣”，西方古代叫“星座”。现代天文学按照平行或垂直于天

赤道的弧线，把全天分成若干个大小不等的区域，也称这些区域为星座。现

在国际上公认全天分为88 个星座，每个星座都有特殊的名字。星座的名称和

古代的神话传说有关，熟悉这些故事将有助于对星座的记忆和认识。为了便

于区分和辨认每个星座中的星星，人们按照每个星座内星星的亮度，以希腊

字母α、β、γ等作为代号，如猎户座α星、猎户座β星或仙女座α星、仙

女座β星⋯⋯当24 个希腊字母用完后，就用拉丁字母或数字表示，如天琴座

17、天鹅座61 等。重要的星还给它起了专门的名字，例如：天鹰座中的亮星

叫牛郎星，学名河鼓二；天琴座中的亮星叫织女星或织女一。当然还有一些

天体，按照规定和习惯用其它的代号。

反映天体亮度的等级叫星等。古代人们把肉眼能看见的星星分为六等，

最亮的叫一等星，次亮的叫二等星，再次叫三等星⋯⋯，肉眼勉强能看到的

星为六等星。近代用仪器测定1 等星的亮度大约是6 等星亮度的100 倍。这

样星等每差一等，亮度就相差5 100 =2.512 倍。后来人们发现有的星比1 等

星还亮，同时用仪器还可看到肉眼所看不见的许多星，于是便把这个规律向

两头推广，比1 等星亮的还有0 等星、-1 等星⋯⋯；比6 等星暗的还有7 等

星、8 等星⋯⋯7 等星以下要用望远镜才能看到。

天上的星星千千万万，然而肉眼可见的仅有6000 多颗，而同时只能看到

一半左右。即使这样，那么多星座、星星各有各的名字，要想全部记住，也

是很困难的。对于中学生来说，只要辨认记住几个主要的星座、一些著名亮

星的名字就行了。

（三）四季星空

春天是万物复苏的季节，春夜星空也显得格外瑰丽迷人。春夜的星空亮

星并不多，最引人注目的是狮子星座，其中的一组α、η、γ、ζ、μ和ε

象一把镰刀挂在天上，它和东面不远处组成三角形的三颗星——β、б和δ

一起，被古希腊人想象为一头雄狮；我国则把这一区域的星喻为黄帝之神，

叫做轩辕。狮子座最亮的α星，我国称为轩辕十四，是全天21 颗星最亮恒星

中最暗的一颗。但是因为春夜星空中南方天空没有别的亮星，而且它又接近

黄道，所以被封为“王者四星”之一。另外，由于航海的人们常常用它来确

定航位，所以又被航海者授予航海九星之一的称号。

夏季是一年中最好的观星季节。当人们送走了可畏的骄阳，夜幕降临，

正是边乘凉，边观星的时候。夏季星空中最引人注目的是天河一带的几个星

座，像天鹅、天鹰、天蝎、人马等星座。天蝎座正位于南方低空，它包含了

许多明亮的星，是个著名的大星座；它以β、δ等为头（我国古代叫“房宿”），

α为心，同σ、τ组成“心宿”，α为心宿二，又名大火。“七月流火”说

的是按斗转星移判断时令季节，指大火西下的意思，并非骄阳似火的火。

{ewl MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0124_1.bmp}

{ewr MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0124_2.bmp}

{ewl MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0124_3.bmp}

{ewr MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0124_4.bmp}

金秋时节，（北方）天高气爽，星空更加壮丽迷人，廖廓长天星寂寂，

“飞马”横空“银汉”斜。秋夜星空中明亮的星座不多，最引人注目的是高

挂正空的飞马星座。飞马座α，β、γ三颗星与仙女座α星组成一个巨大的

四边形，雄伟壮观；粗粗看去，这四边形里似乎空空荡荡一无所有，实际上，

里面亮于6 等的星共有13 颗。在没有城市灯光和月光影响的晴夜，不妨作为

一个题目，测试测试学生的眼力。

恬静的冬夜，星空美丽多姿，金牛、猎户、大犬等都是非常辉煌的星座。

猎户星座夙称星座之王，它高悬南方天空，我国古代称它为“参宿”，主要

由七颗星组成，其中α、β、γ、κ四颗星排列成长方形，被古代西方人想

象成一个威武的猎人，中间的δ、ε、ζ三颗星整齐地连成一条直线，好像

猎人腰间缀着闪闪发光的腰带。中国民间叫它“三星”，常常用三星的出没

和三星的高度来判断时刻。冬季（公历12 月份）猎户座和太阳大约相距180

°，太阳西落，猎户座升起，太阳升起，猎户座西落，最宜于用猎户三星估

计时刻。农历春节期间（22 时左右）猎户三星在正南方；除夕之夜，猎户等

星座显得特别明亮。中国民间所说的三星，除猎户三星以外，还有心宿三星

和牛郎三星（天鹰座）。

（四）北斗和拱极星座

{ewl MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0126_1.bmp}

{ewr MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0126_2.bmp}

北斗是由天枢、天璇、天机、天权、玉衡、开阳、摇光七星组成，除天

权为三等星外，其余都是二等星。古人把这七星想象为舀酒的斗的形状，因

为它常在北方出现，所以称为北斗。天枢等四星组成斗身，古代又叫魁；玉

衡等三星组成斗柄，古代又称杓。我国的中、高纬度地方，北斗七星终年可

见。北斗七星是大熊星座的一部分（屁股和尾巴）。北斗七星的天枢、天璇，

称为指极星，在离这两颗星间距五倍远的地方，便是众所周知的北极星。北

极星属小熊星座，目前，小熊座α（中名勾陈一）在天北极附近，称为北极

星。农业生产十分注重辨季节、定农时，我国古代科学测试工具尚未完备的

时候，人们曾用北斗作为验时记日的标准。古代按北斗斗柄所指方向来确定

时节的工作称为“斗建”；这是古代国家的头等大事。斗建的方法云：“斗

柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，

天下皆冬。”这都是指黄昏时候而言。如果在黄昏观察，那么在公历4 月，

北斗出现在天顶，斗柄指东，这是春季；到7 月，北斗出现在西北方，斗柄

朝上，即古人所谓指南，这是夏季；10 月份，北斗斗柄指西，就是秋季，这

时由于它出现在地平线附近，所以不容易看到；农历年底以后，北斗出现在

东北方，斗柄朝下，即古人所谓指北，这时冬季。俗语也有“斗柄回寅又一

春”的说法，寅就是东方。当然，古代这种以北斗斗柄所指方向来确定时节

只是大概的估计而已。同时，由于地球还在不停地自转，北斗也在一昼夜里

按逆时针方向绕北极星旋转；所以晚上不同的时刻，北斗的位置也不一样。

只要知道北斗在当天初昏时的位置，则按斗柄离开初昏位置的度数，就可推

知当时的时刻，每转15°是一小时。古代也用它来测定晚间的时刻：指示黄

昏的是杓星，指示午夜的是衡星，指示黎明的是魁星。北斗第六星开阳附近

有一颗伴星，中名叫“辅”，西名为Alcor；在阿拉伯文里是试验之意。相

传古代阿拉伯人在征兵的时候，就用这颗星试验新兵的眼力，如果能看见这

颗辅星，那就证明视力很好。如果一时看不见，也不用着急，卷一个长纸筒

（最好在观测前布置几名学生事先准备好）来观察，避免了周围亮光的干扰，

或是闭一会眼睛，然后睁开眼观看，也许就能看出是两颗星了。

人们把围绕北极星旋转的星座，称为拱极星座，还有仙后座、仙王座、

天龙座、鹿豹座等。

（五）著名亮星

肉眼观测，全天最亮的一等以上的（恒）星有21 颗。天狼星是全天最亮的恒星，它位于大犬座，学名大犬座α；“天狼”是中国古人对它的称呼。

天狼星是离地球比较近的恒星，距离8.65 光年，它的视星等最亮时可达-1.6

等。冬季在猎户座东南方，天狼星极其显眼，很容易找到。古今中外无不瞩

目，天狼星在人类文明发展中曾起过重要作用，在近代恒星天文学及现代高

能天体物理的研究中，一再成为人们感兴趣的中心。其次是老人星，它位于

南天的船底座，学名船底座α。北半球的人看到这颗星的机会很少。再次是

南门二，它属于半人马座，距离4.22 光年。“海内存知己，天涯若比邻”，

因为它是（除太阳以外）离地球最近的恒星，天文学家们给它取名“比邻星”。

但北方人对南门二却是“久闻大名，素不相识”。在我国，只有昆明、桂林、

台北一线以南的地方，才有机会见到它。目前人类对南门二的知识还很有限。

此外，水委一（波江座α）马腹一（半人马座β）、十字架二、三（南十字

座α、β）等也是北半球的人们难以见到的亮星。大角是全天第四亮星，北

天第一亮星和春夜第一亮星是一颗0 等星。公历5、6 月份晚上8～10 点钟左

右，当你在天空中找到北斗七星后，顺着斗柄的弧形弯曲方向向东南方看，

在距大熊η星（摇光）差不多相当于北斗全长的位置上就是大角星（牧夫座

α）。它与五车二（御夫座α）和织女一（天琴座α）号称赤道以北三颗最

亮的星；只是颜色不同，大角为橙红色，而五车二是黄色，织女则带点蓝色。

大角和狮子座β（中名五帝座一）、室女座α（角宿一）组成一个巨大的等

腰三角形；春夜星空中亮星不多，美丽的春天大三角形很容易辨认。天赤道

正好穿过这个大三角形，它的三个顶点离赤道都在20°以内，因此，地球上

广大地区的人们都能看到这个大三角形。参宿四（猎户座α）在四边形的左

上角，即猎人的右肩上，距离约600 光年，猎户座中很多其它恒星，距离多

在四、五千光年以上。心宿二（天蝎座α）又名“火”（“大火”）或“商”；

相传距今4000 多年的唐尧时代，已有“火正”这一官职，负责观测“大火”。

在黄昏时可见于东方的季节，以此定为黄、淮流域春耕的开始。我国古代著

名的神话“参商寻天兵”，讲的就是参宿和商星。相传古代高辛氏有两个儿

子难以相处，“日寻干戈，以相征讨”高辛氏只得命长子去管祭商星，次子

去管祭参星；而商星（即心宿二）和参星（即猎户座参宿七星）在天穹上相

距约180°，此起彼落，从无见面的机会，当然就动不起干戈来了。北落师

门位于南鱼座，学名南鱼座α，在全天21 颗亮星中居第18 位，但它在秋夜

南天的星空中却是最亮的。把飞马座β、α连接起来，向南延伸3.5 倍，就

是北落师门；而这条线差不多就在赤经23h 的经线上，因此，北落师门是古

代航海家们在海上定经度的很重要的参考天体。此外，南河三（小犬座α）、

河鼓二（天鹰座α，即牛郎星）、毕宿五（金牛座α）、北河三（双子座β）

都是著名亮星，都比较容易辨认。21 颗亮星中实际光辉最强的是天津四（天

鹅座α），虽然在最亮星中排在第20 位，星等为1.25，但它的距离约1740

光年，如此遥远，尚且这么光亮，可见它的体积比太阳大得多；据推算，天

津四的半径是太阳半径的106 倍，质量则是太阳的22 倍。

需要注意的是，辨认星座和著名亮星时，不要把恒星和行星弄混。肉眼

可见的五颗大行星都比较亮。土星可与最亮恒星比美，木星、火星、金星等，

都比任何恒星亮，金星最亮时可达-4.4 等。相对于恒星来说，行星在星空背

景上有明显的相对移动，而且这种移动几乎都沿着黄道进行。行星有一定的

视圆面，所以在大气抖动下，不象点状恒星那样有星光闪烁现象。如果仔细对比，还可以发觉各个行星都有其颜色特征，在不同的时候亮度也有变化。

以上可见，认星可以定向，可以识别季节变化，这也是古代天文学的主

要用途。

二、观察天体的周日视运动证明地球自转

太阳、月亮、星星都有着东升西落的运动，这种运动每天有规律地重复

出现。运动过程中，星星之间的相对位置和星座的形状看不出有什么变化。

而太阳和月亮虽然也每天东升西落，但其位置在星座中是不断变化的。古时

候的人们以为整个星空每昼夜都围绕着地球旋转一周，从而建立了地球中心

的宇宙观。通过长期观测研究，人们终于认识了这种运动的本质，原来是地

球自转的反映，并不是天体绕地球旋转；因而称为天体的周日视运动。由于

人们所处的地理纬度不同，所看到的天体视运动情况也不尽相同。如果你位

于赤道上，太阳、月亮和星星都垂直于地平面升起，然后向正西方向运动，

到了西方又一个个垂直于地平落下。

{ewl MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0131_1.bmp}

{ewr MVIMAGE,MVIMAGE, !B6000098_0131_2.bmp}

如果观测者不是位于赤道，而是位于两极，情况就不同了，在两极会看

到所有的恒星既没有升也没有落。例如在北极，春分到秋分的半年时间里，

太阳永远在地平线以上顺时针绕转，而星星全部淹没在它的辉光之中。秋分

以后，太阳沉入地平，群星“占据”天空，平行于地平面每日一周绕北极星

旋转；直至春分，太阳又重新吞没掉它们的辉光。

如果观测者的位置不是在赤道和两极，而是在其它纬度地区，情况又各

不相同了。例如在北半球，天体虽然也从东方升起，可是它们露出地平后朝

向偏南运动，当它们升到最高点时，位置也最偏南，尔后又逐渐向偏西偏北

落下。在我国境内观测到的天体周日视运动都是这种情况。而且纬度越高，

天体偏南的程度越大。

仔细观察便会发现，实际上各种天体都是以北极星为圆心，绕北极星旋

转。有些天体不升不落而围绕北极星旋转一周，距北极星越近转圈越小；都

充分证明是地球绕轴自转，而天体的周日视运动是地球自转的反映。

三、观察太阳的周年视运动证明地球公转

很早以前，人们就注意到，太阳除了有东升西落的周日视运动外，还每

天相对于恒星，不停地由西向东移动；在天球上沿一个大圆一年走一整圈。

通过长期的观测研究，人们认识到这是地球绕太阳公转的反映，所以叫做太

阳的周年视运动。如图1—16 所示，内圆a、b、c、d 代表地球绕太阳公转的

轨道，外圆A、B、C、D 代表天上的四个星座。当地球在a 点时，看到太阳在

星座C 的方向。当地球运行到b 点时，看到太阳在星座D 的方向。同样，当

地球运行到c 和d 点时，便可看到太阳分别在A 和B 的方向。显然，地球绕

太阳公转一周，太阳也在星座背景上，向地球公转运动的同一方向运动了一

周，即太阳的周年视运动。

但是，白天的太阳光很强，星辰淹没在太阳的光辉里，使人们无法直接

看到太阳在星空中的这种视运动；而在夜晚，又无太阳，如何观察太阳的周

年视运动呢？我国古代就发现了夜半中星的变更，从而推断出太阳位置的变动。夜半中星，即半夜里所看到的正南方的星宿。根据太阳上中天时为中午，

下中天时为子夜，可知子夜时，正南方的星宿，恰好与当时太阳在天球上的

位置相差180°。经过长年累月的观测，发现在不同季节，夜半中星是不一

样的。例如，在春分日，夜半中星是室女星座；在夏至日，夜半中星是人马

星座；在秋分日，夜半中星是双鱼星座；在冬至日，夜半中星是双子星座。

经过年复一年的观测，每年都是这样循环往复。夜半中星与太阳在天球上的

位置相差180°，如看到夜半中星是什么星座，就可以确定当时太阳在什么

星座里。例如，当看到夜半中星是室女星座时，就可知道当时太阳在双鱼星

座；当看到夜半中星是双鱼星座时，就可知道当时太阳是在室女星座等等，

从而推断太阳的周年视运动。

太阳周年视运动的轨迹称为黄道，黄道带（黄道两边各宽8°的区域）

上有十二个星座。在我国黄道从春分点起算，每30°为一宫，每一宫都有专

门的名称和符号，称为黄道十二宫，见[表6] 。

[表6] 黄道十二宫

每年3 月21 日前后，太阳从天赤道以南来到春分点，也叫白羊宫第一点，

即“春分”，太阳黄经为0°。6 月22 日左右，太阳经过夏至点，也叫巨蟹

宫第一点，此时太阳黄经为90°，时值夏至。每年9 月23 日，太阳经过秋

分点，也叫天秤宫第一点，太阳黄经为180°，时值秋分。当太阳黄经增到

270°时，约每年12 月22 日，太阳到达黄道的最南点——冬至点，也叫摩羯

第一点。当太阳又一次回到了春分点，时间就过去了整整一年（回归年，

365.2422 日或365 日5 小时48 分46 秒）。我们在日历上常常看到“某时某

分”的字样，如1989 年6 月21 日17 时53 分，这表示1989 年6 月21 日17

时53 分时，太阳黄经为90°；9 月23 日9 时20 分和12 月22 日5 时22 分，

则表示太阳黄经为180°和270°的时刻；其它类推。

黄道十二宫和黄道带十二星座基本上是一一对应的，即白羊宫基本上对

应于白羊座，双鱼宫对应于双鱼座等。因此，最初意义上的黄道十二宫，基

本上就是黄道带十二星座。但由于春分点每年西退约50 角秒多一点，71 年

多西退1°，经过两千多年，春分点早已不在（最初与白羊宫基本对应的）

白羊座，而是西移到双鱼座了。目前使用的星图中，虽然把春分点标在双鱼

座内，（当然夏至点、秋分点、冬至点等，也分别移到了双子座和金牛座之

间、室女座、人马座内）但那里仍然是白羊宫的起点。

黄道十二宫和黄道带上的十二个星座，虽然都在黄道上，而且名字、符

号都相同，但它们之间却是有区别的。黄道十二宫是太阳的行宫，每隔30°

是一宫，宫与宫大小相等；而黄道带上的十二个星座，却大小不等，它们各

自排列成不同的星座图案。如最大的室女座，占天球1290 平方度，东西跨黄

道44°多，最小的摩羯座，只占天球414 平方度，而跨黄道宽度最小的天蝎

座，跨黄道不足10°。

四、定方向

在乡土地理教学和乡土地理研究活动中，为要研究乡土地理环境，也为

日常生产或生活的需要，培养学生定方向的技能是十分重要的。在进行乡土

地理观察或考察工作时，在完全陌生的地方走路，并能找到最便捷的路线，

都需要确定方向。在非常熟悉的本乡本土，科学地确定方向或方位角，也是生产、生活中十分需要的。定方向的方法很多，最简单的定方向的方法是用

指南针或罗盘先找到北方。指南针的应用很简单，把制针器放开，磁针就自

由转动了，针的一端所指的方向就是北方。找到了北方，就可以找到其他的

各个方向了。指南针无论在白昼和黑夜，无论在什么天气状况下，都可使用。

但是如果没有指南针，或是指南针损坏了，或者是所在地区磁性异常，指南

针尖不是指北而是偏离到其他方向，这就不能用指南针确定方向，而用其他

的方法。不用指南针确定方向的方法有很多种，主要是根据太阳和星星定向。

（一）根据太阳定方向

日常生活中可以根据太阳来确定方向。天气晴朗的白天，太阳是最可靠

的指南针。

在北半球温带寒带地区，早晨日出在东方，正午太阳差不多在正南方，

傍晚日落在西方。这就是说，在清晨走路时，如果太阳在背后，而自己的人

影在前面，你就是向西行；如果早晨走路时太阳照在人的脸上，他就是向东

行；中午向太阳走就是正南的走向。这样确定方向，早、午、晚时都是可以

的。但因季节不同，太阳出没的时间和方向都有变化，如夏季日出日落都偏

北，即日出东北方，日落西北方；冬季则偏南。夏季日出在6 点以前，日落

在6 点以后；冬季则日出在6 点以后，日落在6 点以前。

在白昼任何时间内可以根据太阳和手表或怀表（机械表）来确定方向。

把表平放在手掌上，使时针对着太阳（竖一直棍使影子与时针重合），然后

把表上的时针和表盘上的12 字之间组成的角二等分，角的平分线就是表示南

北方向的线。太阳在中午已经走过的或是将到的那一面是南方。

（二）日影竿法确定南北方向

选择一处空旷平坦的地方，在地面上竖直插一根竹竿。以竿基为圆心，

一定长度（稍小于上午开始观测时竹竿的影长）为半径，在竹竿的北面画一

个大圆弧。画好后注意观察，开始时竹竿影长大于圆弧半径，竿影顶端在圆

弧以外；太阳不断升高，竿影渐渐缩短，当竿影长度等于圆弧半径，即竿影

端点恰恰落在圆弧上时，在弧线上记下那一点甲。竿影继续缩短，正午最短，

正午过后，竿影又逐渐变长，但竿影端点长时间仍在圆弧以内；当竿影端点

又恰恰落到弧线上时，再记下这一点乙。连接甲乙。过竿基作甲乙连线的垂

直平分线，交甲乙连线于丙，竿基到丙的方向就是南北方向。

为了做得更精细，用同样方法，将一张坐标纸水平放置在平台上，并固

定好。坐标纸上预先画好几个同心圆，最外圈大圆直径15—20 厘米。将一枚

长铁针垂直立在圆心。上午10～11 点之间作一次观测，当针影的尖端与极坐

标上某个圆圈相接时，将这个位置记下为A 点。下午1～2 之间再作一次观测，

当针影的尖端与标有A 点的圆圈再一次相接时，将这个点记作B 点。然后，

用直尺连接AB 两点，AB 线的方向就是正东西方向；由B 指向A 的方向为正

西，由A 指向B 的方向为正东。把AB 两点分别与圆心O 作联线，然后作∠AOB

的平分线，为OC，OC 线的方向就是正南北方向。由C 点到O 点的方向为正南，

由O 点到C 点的方向为正北。为了画图方便，也可以在平滑的图板上进行。

但都要注意，平板或坐标纸要固定在地平面上，不能移动。为了生产或生活

的经常需要，也可以利用固定的地物或专门设置固定的标记，指示当地南北方向。

（三）用圭表定方向

同日影竿法定向的道理一样，也可以用圭表定向。圭表是中国最古老、

最简单的一种天文仪器。圭表包括两个组成部分：一为直立在平地上的标竿

或石柱，叫做表；一为正南北方向平放的尺，叫做圭。圭和表互相垂直，组

成圭表，有的古籍上也称“土圭”。

用一根表投出的日影方向和长度以测定真太阳时的仪器，叫做日晷。

“晷”字的古义就是太阳的影子。日晷的部件包括一根表（称为晷针）和刻

有时刻线的晷面。日中时，表影指向正北的瞬时为正午，即当地真太阳时12

时正，这时日影（最短）的方向就是南北方向。日晷还可以测定时刻、方位、

节气等等。日晷的形式有多种，其中有一种赤道式日晷，构造原理是以光滑

的圆板为晷面，在晷面上每隔15°刻一条线，将晷面分为24 等分，每分代

表一小时。晷针通过圆心垂直于晷面，使晷针倾斜的角度等于当地纬度，即

晷针指向天北极，再安在支座上。安装时，必须把晷面上的0—12 时的刻线，

与早已测好的南北方向线重合。根据晷针的影子在刻度上的位置就可定出相

应的时刻。

（四）看星定向

看星定向，就是通过星星在天上的位置变化来辨清方向。学会了看星定

向，当你在黑夜中赶路，或来到一个陌生地方，就不会迷失方向了。

晴天的夜晚，仰望星空，满天星斗。我们可以先找到明亮的北斗星，通

过北斗星口边上的天璇、天枢，可以找到北极星。具体办法是：在天璇、天

枢（大熊座β、α）联线方向延长两星之间距离的5 倍远处，就能看到天北

极附近的北极星。北极星是小熊座第一亮星，周围没有比它明亮的星，很容

易找到。因为地球的自转，看起来所有的星都在围绕北极星运动。在秋、冬

季的夜晚或我国南方低纬度地区，北斗七星的位置常常很低，由于地平线附

近树木和房屋建筑的遮挡，加上城市灯光的干扰，北斗七星常常看不清，给

我们寻找北极星带来不便。这时候可以借助于仙后星座来找北极星，此时仙

后座正在天顶附近。仙后座的形状象英文字母W，是由5 颗亮星所组成的，

它是一个著名的星座。用仙后星座找北极星的办法是：把仙后座最亮的一颗

星和它附近的一颗小星（K）用假想线联结起来，并向小星方向延伸假想线距

离的4 倍远，就能找到北极星。北极星的方向就是北方。

除了北极星，其它的星星也能确定方向。夏天，南天的天蝎星座很引人

注目。天蝎座最亮的星α，叫心宿二，颜色火红，又名“大火”。古书《尧

典》记有“日永星火，以正仲夏”。就是说心宿二傍晚出现在南方时，正是

仲夏时节。反过来说，夏天我们找到了心宿二，也就找到了南方。夏夜，心

宿二位于南天黄道附近，已成为夏夜星空的标志。

用月亮和金星也可判别方向。仔细观察就会发现，黄昏时的峨眉月位于

西方天空，上弦月位于南方，满月位于东方。满月就是“望”，日、月相距

180°，当然是太阳西落，满月东升，一轮明月，半夜在正南方，旭日东升，

明月又西落了。而在黎明时定向，就会看到残月在东方，如果是下弦月就在

南方，是满月当然就位于西方了。不论峨眉月和残月，还是上、下弦月和凸

月，都是月光明亮部分朝向太阳方向。金星是天空中除月亮以外最亮的星，

是一颗大行星。“东有启明，西有长庚”，启明和长庚都是指金星。因为金

星是地内行星，距太阳很近，不离左右，黎明时出（启明，为晨星），金星

就位于东方的天空（太阳的西面）；傍晚时分（昏星），金星就位于西方天

空（太阳的东面）。金星的高度较低，从来不会在南方高空出现。根据月亮

和金星定向只能适用于早、晚。

五、观测正午太阳高度，

观测正午太阳高度，研究当地季节变化，测定当地的经、纬度和地方时。

司空见惯的日影，原来曾是古代人们观测季节和时间的标准。物体被阳

光照射时，就会投射在平地上一个影子。在一天之中，影子随着时间的推移，

沿着顺时针方向变换其位置，影子的长度也逐渐变化。影子的方向和长度除

了这种周日变化外，还有周年变化，同一物体在中午时的影子，冬天比夏天

长，而冬至那天最长；夏天比冬天短，而夏至那天最短。同时，不同纬度的

地方变化情况也不一样。

由于科学技术的发展，人们不需要再用日影或日晷去计量时间了。但日

影和时间季节的关系却是普通天文常识，青少年学生应当了解。观测竿影方

向和长度的变化，用具简单，方法简便，中学师生在乡土地理教学和乡土地

理研究活动中，完全有能力自己动手，进行这一现象的观测。

（一）测定正午太阳高度定纬度和季节

按照日影竿法，一天之中当观测到竿影（或铁针的影子）最短的时刻，

也就是竿影（或铁针的影子）正好与当地子午线重合的时刻；便是观测者所

在地方太阳上中天的时刻，即地方真太阳时的12 点，是一天中太阳位置最高

的时刻。通过日影的观测，不仅可以确定当地的南北方向，测定地方时；还

可测定正午太阳高度角，计算地理纬度、区时和地理经度。在太阳上中天时，

测定太阳的高度，即正午太阳高度（H）的方法如下：（1）用尺子分别量出

竿长和影长；（2）竿长除以影长；（3）利用数学用表中“反三角函数”反

正切一栏，查出上述结果所对应的角值，此角即是正午太阳高度角。

正午太阳高度和当地地理纬度及太阳赤纬有关，高中地理上册给出它们

之间的关系式：

H＝90°－j+δ

式中H 为正午太阳高度，j为当地地理纬度，永远取正值；δ为太阳直

射点的纬度，即太阳赤纬。任何一天的δ值可以在天文年历里查到，当地夏

半年取正值，冬半年取负值。式中H、j、δ三项，已知两项就可以计算出另

一项。例如，我们已经通过观测得知H、δ（观测日期太阳赤纬可以查得），

则求当地地理纬度：

j=90°+δ－H

因为太阳在黄道上运行，黄道与天赤道有一个23°26′的夹角，所以太

阳赤纬δ一年中不断变化（从-23°26′到+23°26′）。设我们所在地点的

地理纬度为j，那么春分、秋分时，正午太阳高度就是90°-j；夏至时为90

°-j+23°26′；冬至时为90°-j-23°26′。其他日子都可以查表计算。日

高影短，日低影长。日影长短也在随季节而变化。观测正午太阳高度，可以

确定当地地理纬度；反过来也一样，如果已经知道地理纬度，就不难从日影

长和竿长推算出当天的太阳赤纬，即了解季节。如果这种观测和计算是在冬

至或夏至日进行，还可以推算出黄赤交角。古人就是利用日影来测定黄赤交

角的。

测定地理纬度，除上述根据正午太阳高度推算纬度的方法外，还可通过

测北极星的高度定纬度。在北半球测量出北极星的高度角（即仰角），便可

确定当地的纬度。在北半球看，北极星的高度角随纬度而变化，从赤道为0

°到北极为90°，即北极星的高度角与当地纬度数恰好相同。几何证明见图

1—23：

测北极星高度角的简易方法，用一个简易测角器即可，如图1—23 所示。

（二）测定地方时和地理经度

用测日影的方法测定的地方真太阳时，并不是我们日常使用的时间。所

谓真太阳时，就是按照（真）太阳周日视运动建立的计量时间的系统。但地

球公转轨道是一个椭圆，因而太阳周年视运动的速度不均匀，太阳日的长短

不一。观测得知，同是一个太阳日，最长和最短相差达51 秒。为了得到以太

阳视运动为基础，同时又与其运动不均匀性无关的时间计量系统，人们假想

有一个“平太阳”，它在天赤道上作匀速运动，其速度与“真太阳”的平均

速度相一致。用平太阳假想点作为基本参考点规定的时间，称为平太阳时，

简称平时，即钟表所指的时间。而真太阳时与平太阳时常有差值，叫做时差

（η）。时差每年四次为0，4 月16 日、6 月15 日、9 月1 日和12 月24 日

前后；四次为极值，如[表7]和图1—24。

时差与观测者所在的地球上的位置无关，只与观测日期有关。由真太阳

时求平太阳时（或相反）需加时差改正：

时差（η）=地方真太阳时-地方平太阳时

我们平常所用的时间，也就是钟表时间，都是某一特定经度上的地方平

太阳时。我国大部分地区（新疆除外）所用的“北京时间”，就是东经120

°经线上的地方平太阳时。设你所在地点的经度为λ，东经120°为λ0，那

么它们之间的经度差为：

△λ=λ－λ0

平太阳时、分、秒，和经度的度、分、秒可以互相换算；时、分、秒分别记

作h、m、s，度、分、秒分别记作（°）、（′）、（″），1h=15°，1m=15

′，1S=15″。

在同一时刻测得的两地的地方时之差，在数值上等于这两地以时间表示

的地理经度之差。如以m。代表东经120°的地方平太阳时，再测得同一时刻

某地的地方平时m，则某地的地理经度是。

λ=120°+（m－m0）

在我国大部分地区，收听电台广播，可得知“北京时间”。算出当地地

方时与北京时间的差值（某地地方时减北京时间），若差值为正，则该地在

东经120°以东；若差值为负，则该地在东经120°以西。时间差数可换算成

经度差数，便可算出当地与东经120°所差的经度数，从而得出当地地理经度数。具体作法是，校准钟表，中午前后观测日影，同时注意收听电台六响

报时；计算日影最短后多长时间电台报时，或电台报时后多长时间日影最短。

时、分、秒换算成度、分、秒，减去或加上经度差，就是当地的地理经度。

注意，日影最短的确切时刻不易直观测准，可用以上方法，观测、作图，标

出南北方向线，第二天重复观测、计算就容易了。（竿影和南北方向线重合

时日影最短，要特别注意记下日影最短的确切位置。）

六、观测特殊天象

在乡土地理教学和乡土地理研究活动中，除进行上述乡土地理教学所规

定的观测项目外，还可进行一些特殊天象的观测。

（一）日食和月食的观测

太阳被月球遮蔽的现象叫日食；月球进入地球阴影，月面变暗的现象叫

月食。日食和月食都是普通的自然现象，而且根据太阳、月亮和地球三者的

运动和相对位置关系有规律可循。

日食经常发生，但在同一个地方出现是不多的。日偏食平均约3 年就可

看到一次，日全食则平均约300 年才能看到一次，而且持续时间短暂，理论

上求得，最长7 分31 秒；但地面上观测到的，时间最长的是1955 年6 月20

日发生在菲律宾的日全食，时间7 分8 秒。观测日食可使人们得到丰富的知

识，日偏食的观测是广大青少年学习锻炼的好机会。日全食时，肉眼就可看

到日珥（太阳被月亮遮掩后，在太阳边缘升起的红色火焰，是太阳的热氢气

层的升腾运动现象）和日冕（太阳最外层大气）。日全食时，还可看到“倍

里珠”。日全食即将开始或即将结束时，太阳圆面被月球圆面遮挡只剩下一

条弯弯的细线，月球圆面边缘高低不平的山峰把发光的细线切断，形成一串

发光的亮点，象是一串光辉灿烂的珍珠，高高地悬挂在天空里，这种现象叫

做珍珠食。1836 年和1842 年日全食时，英国天文学家倍里最早描述了这种

现象，因此又叫倍里珠。

为了取得平时无法得到的观测资料和科学研究的需要，现代观测日食的

手段已经从地面发展到高空甚至大气层外，使用了飞机、气球、火箭、人造

卫星等运载工具。每次日全食时，都有大批的天文学家、物理学家及天文爱

好者，带着他们精心制造的仪器，奔向日全食带，抓住珍贵的时机，进行各

种观测研究。广大天文爱好者和亿万群众的简易观测活动则是很好的补充。

月食发生的次数比日食少，但月食的可观测范围很大，一次月全食，半

个地球的人几乎可以一起看到；而且观测时间长，一次月食全过程，一般历

时3 个多小时，全食阶段有时达一个半小时。因而人们感觉月食多，日食少。

（二）水星、金星凌日的观测

如同日食一样，当水星或金星运行到太阳和地球之间时就会发生水星或

金星凌日现象。因为水星较小，距离地球较远，离太阳却很近，所以不象日

食那样，月亮把全部或部分阳光遮住，而只表现为一个黑点（水星或金星）

从日面经过。水星凌日平均13 年发生一次。1986 年11 月13 日中午前后发

生的一次水星凌日，全国都能观测到。天津市红桥区少年宫就组织44 名初三

学生，观测到了水星凌日，并成功地拍摄了水星凌日的照片。一般观察水星

凌日是用望远镜看太阳在白纸板上的投影，可以看得清楚。即使用双筒望远

镜也可以这样做，但要把纸板放得远些，并且周围要有遮光设备。这次水星

凌日发生在中午前后，观测极为方便，全过程共达4 小时48 分钟。下次水星

凌日在1993 年11 月6 日，凌日中心时刻11 时58 分。金星凌日则是比较罕见的天象，被称为世纪性天文事件。金星凌日的周期是243 年。金星凌日常

是两次为一组，其间相距8 年，分别掠过太阳的上下边缘。上次金星凌日在

1882 年，20 世纪没有金星凌日，最近两次金星凌日将发生在2004 年6 月8

日和2012 年6 月6 日。到那时，今天的中学生，天文爱好者，很可能已经是

一名有成就的天文学家了。

（三）火星大冲的观测

火星是地球的近邻，它的轨道在地球之外。地球和火星与太阳的平均距

离分别为14960 万公里和22790 万公里。但由于火星轨道偏心率大，地球和

火星离得最近时只有五千多万公里，最远时可达四亿公里。观测火星的最有

利时机是当它冲日时，也就是地球位于太阳和火星之间，二者方位相距180

°的时候，用小望远镜就能看出火星的某些表面特征。两次火星冲日的时间

间隔约两年又50 天。而观测最好的机会是火星大冲，两次大冲时间相隔15

年或17 年。最近一次火星大冲在1988 年9 月28 日，视亮度达-2.5 等。

（四）月掩星的观测

月掩星是一种常见的天文现象。这种现象是月球比其他星辰更靠近地球

的重要证据。当月球从一颗恒星或行星前面经过时，便发生月掩星。凡位于

黄道±6°28′之间的自然天体，都有被月球遮住的可能，大行星都有可能，

一等亮星中的心宿二、角宿一、轩辕十四、北河三和毕宿五也有可能。300

多年前布里阿都斯首先对月掩室女α星作了定时观测。湖北省武汉市水果湖

中学的游嘉在1987 年2 月3 日观测到月掩火星，历时51 分多。

（五）彗星的观测

彗星的出现是十分引人注目的。在科学不发达的古代和中世纪，彗星的

出现和它的独特外貌，常使人感到惊慌和恐怖。其实彗星的出现完全是一种

自然现象。在茫茫夜空中寻找彗星，对天文爱好者和广大青少年来说，是一

项十分有益的特殊天象观测活动。

明亮的引人注目的大彗星为数不多，有文字记载以来，比金星亮的大彗

星只出现过16 次。肉眼可见的彗星，平均二、三年出现一颗。由于3 等以下

的彗星不易用肉眼观察，因此应尽力找一架或自制一架望远镜，双筒望远镜

也可以，理想的是有一架口径大于70 毫米的小型天文望远镜。使用望远镜

时，不宜用高倍率目镜；不然，彗星的表面亮度就会减弱，望远镜的视场也

会减小，因而难以找到彗星。还要尽可能准备一份与望远镜的能力相配合的

星图。没有望远镜的天文爱好者，对照星图用肉眼在接近太阳的天空部分，

（由于彗星在接近太阳时才产生彗尾，容易被发现。所以一般上半夜寻找时，

要注意观察西部天空，半夜时要多加注意北部天空，而黎明前则要注意东部

天空。）逐个星座中仔细搜索，也有可能发现六等以上的彗星。

（六）其他

　　此外，还可以观测太阳黑子，双星和变星，观测行星的视运动和目视观察流星群、流星雨等。

　　作为特殊天象的观测，当然不可能按教学计划进行，需要教师或天文爱好者们随时捕捉信息，根据需要和可能，不放过每一次观测机会。因为特殊天象比较少见，可观测时刻固定，时间短暂，所以要事先做好充分准备，包括宣传鼓动，作出预报，吸引更多的爱好者参加；组织讲座，介绍有关科普知识，辅导观测、记录的方法，准备好仪器用具，组织好观测队伍，恰当地分工，各司其职，静候观测时刻的到来。观测后及时整理资料及图片，总结收获体会，或将成果上报有关单位。