自行
介绍
在几个世纪的过程中,星星彼此之间似乎都保持着固定的相对位置,因此在有历史的时间里,它们形成的星座也是相同的。例如,大熊座,看起来仍然与数百年前一样。可是,精确的长时间观察显示星座的形状有所改变,每颗恒星都有自己的运动。
这种运动是由恒星相对于太阳的真实运动,和太阳系穿越空间造成的。太阳以大约220公里/秒的速度,在与中心距离大约是8,000±650秒差距的一个近似圆的轨道(称为 太阳圈 )绕着银河系的中心运动 ,这可以视为银河系本身在此半径上的旋转速度 。
对自行的测量需要两个量: 自行角 (位置角)和 自行 本身。第一个量指示出在天球上运动的方向(以天球北方为0度),90度是朝向东方,余依此类推,第二个量表示运动的程度,单位是毫角秒/年(mas)。
自行在天球上的元件:位置角和自行。天球北极点是 C ,春分点是 V ,恒星在天球上的路径以箭头指示。自行的向量是 μ , α =赤经, δ =赤纬, θ =位置角。
自行也可以表示为每年在赤经( μ α )与赤纬( μ δ )上改变的角度。在天球上,位置是以赤经和赤纬设定的。座标的δ对应于纬度,座标的α对应于从春分点 V ,太阳约在每年3月21日穿越赤道的位置,量度得到的经度 。
自行的分量元件如下所显示的,假设某个天体的位置在一年的时间从座标(α, δ)移动到(α 1 , δ 1 ),并以弧秒为单位测量角度。则每年的角度变化是 :
自行的大小 μ 是它的元件(分量)向量和 :
此处, δ 是赤纬。在算式中的 cos δ 是因为球体表面至轴的半径事实上是随 cos δ 而变,例如在极点为0。因此,平行于赤道的速度分量在相当于 α 的角度,变化是越往北的位置越小。 μ α 的变化,必须乘上 cos δ 才能成为自行的分量,他有时称为“赤经自行”,而 μ δ 称为“赤纬自行” 。
位置角 θ 与这些元件相关 :
μ μ --> δ δ --> {\displaystyle \ \mu _{\delta }} = μ μ --> cos --> θ θ --> {\displaystyle =\mu \cos \theta \ } μ μ --> α α --> cos --> δ δ --> {\displaystyle \ \mu _{\alpha }\cos \delta } = μ μ --> sin --> θ θ --> . {\displaystyle =\mu \sin \theta \ .}
从1985年至2005年的巴纳德星,显示每5年的位置变化。
巴纳德星是目前所有已知恒星中自行最大的,每年以 10.3角秒 的速度移动。自行越大,通常暗示一颗星相对离太阳系越近。这的确是巴纳德星的情况,它距离我们只有大约6光年,是除南门二系统(半人马座α三合星)外,距太阳系第二近的恒星。但由于属于红矮星,亮度只有9.54星等的大小,光度微弱,没有大口径望远镜或者高倍双筒望远镜无法观察。
在1992年,天鹰座ρ成为第一颗因为自行而移入另一个星座,导致原有名称无效的恒星,它现在是海豚座的恒星 。下一颗这样的恒星将会是雕具座γ,它在2400年将成为天鸽座的恒星 。
在1光年的距离上,每年1角秒的自行相当于每秒1.45公里的横向速度。对巴纳德星而言,这相当于每秒90公里;加上每秒111公里的径向速度(垂直于横向速度),可以得到它实际上的运动速度相当于每秒142公里。真实的或绝对的运动速度比自行更难测量,因为真正的横向速度涉及测量自行的时间和距离;也就是说,真正的速度测量取决于距离的测量,而一般很难测量出距离。目前,在邻近的恒星中速度最快的(相对于太阳)是沃夫424,它的速度是每秒555公里(或是光速的1/540)。
在天文学的功用
有高自行的恒星多半是邻近的恒星,而大多数的恒星都远得足以使他们的自行变得很小,数量级为每年只有数毫角秒。高自行的恒星可以经由相隔数年的巡天摄影获得样品的结构。帕洛玛巡天是这种图像的来源之一。在过去,搜寻高自行的天体都是使用眼睛透过闪烁比对器比对影像,但使用现代化的技术更有成效,像是图像差分,自动搜索数字化的影像资料。由于选择偏误的结果,高自行的样品是易于理解和高质量的,它或许可以用来建立恒星族群的普查 - 例如,在每个真实的光度星等有多少的恒星。这一类的研究可以显示在本地群的恒星族群,主要是本质暗淡、不显眼的恒星,像是红矮星。
在遥远的恒星系统中,像是球状星团,量测大量恒星自行的样本,经由莱昂纳德·梅里特质量估计可以用来计算集团的总质量。与恒星的径向速度结合在一起,自行可以用来计算集团的距离。
利用恒星自行已经推算出银河中心存在着超大质量黑洞 。这个黑洞被怀疑就是人马座A*,质量为2.6 × 10 M ☉ ,此处的M ☉ 是太阳质量。
Röser曾仔细的研究本星系群星系的自行 。在2005年,第一次测量出三角座星系M33的自行。M33是本星系群第三大的星系,也是唯一的普通螺旋星系,与银河系的距离约为860± 28千秒差距 。虽然知道距离大约786千秒差距的仙女座大星系也在运动,并且预测在50至100亿间会发生仙女-银河碰撞,但是它的自行仍然不清楚,而估计横向速度的上限大约是100公里/秒 。在1999年,利用在M106星系团中的NGC 4258(M106)星系的自行,精确的测量出这个集团的距离 。测量在星系中天体的径向速度可以直接知道是接近还是远离我们,假设同样的运动应用在只有自行的天体上,由观测到的自行预测这个星系的距离是7.2 ± 0.5 Mpc 。
历史
早期的天文学家(公元400年的马克罗比乌斯( Macrobius ))曾经怀疑恒星有 自行 。但是直到1718年爱德蒙·哈雷注意到天狼星、大角星和毕宿五的位置与约1850年前的古希腊天文学家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差,才得到证实 。
“自行”这个名词源自法文的 propre ,意思是“归属于”,所以在天文学中没有“不当运动”这样的名词 。
在2005年发表的研究报告,现代天文学家已测出第一个外星系(三角座星系)的自行运动数据。
已知自行最大的恒星
下表是在《依巴谷星表》内已知自行最大的一些恒星, 但不包含像蒂加登星那些虽在星表中,但光度太暗淡的恒星。
软件
有许多的软件产品,它们可以让人们查看不同时间尺度下的恒星自行。下面是两个免费的:
Moovastar–自由软件,视窗板,非常基础的。你可以选择天空中的一个区域,设定极限星等和时间的序列(时间间隔、时间步数、数量步数)。这个程式将模拟恒星的运动,并有清楚的功能说明。
HippLiner-自由软件,视窗板,有些复杂,有一些漂亮的显示。仍在发展,须要有更多的导航和功能配置。
相关条目
太阳向点
莱昂纳德·梅里特质量估计
甚长基线干涉仪
星系自转问题
天球坐标系统
银河
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