格林威治皇家天文台

太空中的地球

運行軌道
我們生活在一個不停旋轉的球狀岩石：地球。與太陽和太陽系的其他一切同時在45億年前形成的地球，是離太陽第三遠的行星。水星和金星離太陽更近，溫度太高使得液態水無法存在，也因此太熱而使生命無法存在。地球的平均氣溫是攝氏15度，她的溫度部分取決於她的運行軌道：地球位於太陽周圍名為「適居帶」的區域，距離剛剛好讓液態水得以存在。然而，地球的軌道距離並不是決定地球能否維持生命的唯一因素。地球擁有的大氣，同樣強烈地影響她的整體表面溫度。
地球環繞太陽運行一周的時間是365.25天。我們的日曆年是365天，多出來的四分之一天是用每四年在2月多加一天計算。雖然地球的運行軌道非常接近圓形，但它其實是橢圓形（elliptical）。橢圓形的運行軌道，意味著地球離太陽的距離隨著一年的進程而變化。
地球以驚人的速度繞著太陽運轉，高達每秒30公里或每小時66,600英里。這是地球的平均速度，因為她的運行軌道是橢圓形，所以運行速度會隨著繞行位置而稍有改變。地球在近日點（perihelion，距離太陽最近的點）的移動速度，大於在遠日點（aphelion，距離太陽最遠的點）的速度。

黃道
地球環繞太陽的運行軌道平面─想像一個直徑為1.5億公里或9,300萬英里的巨大盤子─稱為「黃道」（ecliptic），大致上跟其他七個行星的軌道平面（orbital plane）在同一平面：如果忽略海王星之外的區域，我們的太陽系幾乎是平的。當我們看著行星夜復一夜地緩緩橫越天空時，我們會看到她們約略地排成一列，穿越「黃道帶」（zodiac band）的一群星座。這就是從太空所見的黃道，我們看見的是太陽系的平面。
假如在銀河系的另一個世界有智慧生物存在，當他們透過望遠鏡觀看我們的太陽系，若是他們觀察的範圍在黃道，就會看見地球週期性地通過太陽的表面。外星世界必須處於理想位置，才能看見太陽系中任何行星的凌日。

凌
在罕見的情況下，我們可能會看到內側行星（運行軌道位於地球和太陽之間）─水星和金星─經過太陽的表面，這樣的事件稱為「凌日」（transit）。凌星法是一種技術，可以用來尋找繞行其他恆星的行星。當行星經過主恆星的前方時，她們會阻擋一些星光。你用望遠鏡能觀察到這樣的事件。

轉軸傾角
地球在環繞太陽運行時並不是直立的。她的南—北軸跟黃道平面沒有垂直，而是傾斜23.4°，意思是我們的赤道平面（equatorial plane）若延伸至太空，並沒有跟黃道平面在同一平面。
這樣的傾斜影響了地球上的天氣。赤道以北和以南的國家在一整年會經歷不同的季節（season）。例如在英國，冬季是12月，這時的北半球偏離太陽傾斜。而在同一月份，南半球朝向太陽傾斜，因此這裡的人正在享受他們的夏日時光。六個月後，地球到達運行軌道的另一頭，這時北半球朝向太陽傾斜，於是這裡的人便感受到夏天，然而南半球則偏離太陽傾斜，此時就是冬天。越接近赤道的地方，越沒有季節的變化，氣溫也終年保持高溫。
中午時分的太陽海拔高度（ 超過地平線的高度）在一整年也有所不同。太陽在中午抵達天空的最高點。在冬季，也就是當我們偏離太陽傾斜時，太陽到中午抵達的海拔高度不如夏季那般高。因此，我們在冬季接收到的陽光較不強烈，日照的期間也比較短。同樣因為地球的轉軸傾角（axial tilt），一年當中的日出和日落時間也會發生變化：例如在倫敦，日照期間從冬至的8小時到夏至的16小時不等。

自轉（恆星日 vs. 太陽日）
地球繞著自己內部的軸（ax i s ） 旋轉，完成一次自轉的時間是23小時56分4秒。這是真正的地球自轉週期，我們稱之為「恆星日」（sidereal day）。當我們觀看太陽、月亮和任何其他天體時，可以看見地球自轉的效應。星星不斷地環繞著北天極或南天極移動，在北半球可由北極星觀測到這點。夜空中的星星繞完一圈天極（或說升起、落下，然後再次升起）的時間就是一個恆星日。
然而，我們遵循的一天24小時則稱為「太陽日」（solar day）。我們看見太陽從東方升起，在中午到達天空的最高點，然後從西方落下。這是因為從北極上方往下看時，地球是逆時針旋轉（由西到東），所以天空看來像是每天從東方移動到西方。
太陽日比恆星日長了大約4分鐘。太陽日的時間較長，是因為我們必須考慮地球環繞太陽的公轉運動。公轉一周有360°，而一年有365天，所以地球每天走過運行軌道的1°左右，持續地相對於太陽移動。從地球的觀點來看，太陽緩緩地從西到東位移1°，因而造成些許落後。為了補足這1°的運動，我們必須多等4分鐘，讓太陽在當地的中午抵達天空的最高點。

分點的位置
季節變換是因為地球的轉軸傾角，標示冬至和夏至的是分別約在6月21日和12月21日的至點（solstice），這些時刻的地球正完全朝向或偏離太陽傾斜。在這兩個極端之間有兩個分點（equinox），大約是在3月20日和9月23日，此時的地球既沒有朝向、也沒有偏離太陽。到達分點時，北半球和南半球都經歷約莫12個小時的白天和12個小時的夜晚，但日出和日落的時間仍是根據你的所在地而有所不同。這兩個分點各自標示出春天（春分〔vernal equinox〕）和秋天（秋分〔autumnal equinox〕）的開始。
分點是地球的赤道平面跟黃道相交的點。轉軸傾角意味著地球的赤道平面與黃道並不平行，兩者之間的夾角是23.4°。

經度和緯度
你在當地看到什麼樣的天空，取決於你所在的緯度（latitude）。環繞地球的同一緯度連線，跟地球的南北軸互相垂直。你所在的緯度，是你往北或往南離赤道有多遠，單位是「度」（°）。赤道的緯度是0°、英國倫敦的格林威治（Greenwich）是北緯51.5°、澳洲的雪梨（Sydney）是南緯33.9°、北極是北緯90°（90°N）或＋90°，而南極是南緯90°（90°S）或－90°。北極星差不多剛好在北極的正上方，她的高度角等同於你在北半球的緯度。在倫敦，北極星的高度角是51.5°，而在北極則是90°。

太空中的地球

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在數千年以前，我們的祖先就開始注意到天上的星星。他們口述故事、追蹤模式，最後逐漸認識到這些太古星座的年節律。對於夜空的欣賞，已對文明造成深刻的影響，將人類發展推進到更先進的農業、探索和哲學時代。之後，到了十七世紀，望遠鏡帶來的全新天空視野，幫助開啟了科學知識的進一步探索，並且啟發了世世代代的偉大畫家、音樂家和文學家。
在光害（light pollution）成為問題以前，每個人都有機會看到精彩奪目的暗夜星空，但時至今日，我們多數人居住的城市鄉鎮，上空宇宙的微弱奇蹟大多都被遮蔽。但我們相信，儘管有這樣的層層阻礙，觀星仍絕對是值得追求的美妙興趣。在這本指導手冊中，我們會先概述在城市的天空中如何開始，然後再移步到鄉間的理想地點。我們精選了一些選擇對象供你探索整個天空（並附上星圖幫助你找到它們），偶爾還會提到相關的科學見解。另外也涵蓋只要悉心規劃就能看見的許多精彩事件，粗淺介紹有關我們的宇宙觀景台─地球─的力學機制。
每一個天文發現，都是起因於人類止不住地渴望了解我們在宇宙中的地位。但願這相同的好奇心喚起了你內心對觀星的渴望，無論你的野心是什麼，希望遊歷不同的行星、在尋找遙遠的星系中體驗深邃時間，或像祖先一般單純地讚嘆夜空的寧靜⋯⋯我們都希望這本書能適切地引領你踏入業餘天文學的世界。願天空無比清澈！

在數千年以前，我們的祖先就開始注意到天上的星星。他們口述故事、追蹤模式，最後逐漸認識到這些太古星座的年節律。對於夜空的欣賞，已對文明造成深刻的影響，將人類發展推進到更先進的農業、探索和哲學時代。之後，到了十七世紀，望遠鏡帶來的全新天空視野，幫助開啟了科學知識的進一步探索，並且啟發了世世代代的偉大畫家、音樂家和文學家。
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簡介
夜空
太空中的地球
運行軌道/黃道/轉軸傾角/自轉（恆星日vs.太陽日）/分點的位置/經度和緯度
天球
天極/天球座標：赤經／赤緯/星座：邊界和家族/拱極星座/赤道星座/黃道帶
太陽系
太陽/月亮/行星/微型行星/小行星/彗星
瞬變事件
流星和流星雨/蝕/極光
透視法
角大小/月亮錯覺/視錯覺/光的散射/逆行運動

規劃你的觀星行程
顏色和知覺
人類眼睛/進入「暗適應」/維持暗適應/測視法/看見顏色
利用星圖
星等/星座盤
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天文軟體/智慧型手機和平板電腦
清澈的天空
天氣/日出/月出/視寧度/透明度/光害

從眼睛觀看開始
城市的天空
恆星/月亮和行星/彗星和流星
鄉間的天空
恆星/太陽系/星雲和星系
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使用雙筒望遠鏡或望遠鏡
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探索太陽系
月亮/行星/矮行星/小行星/辨認國際太空站/彗星/流星雨/蝕/極光
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季節性天體

開始觀星！
觀星之旅一：星座與恆星/觀星之旅二：月亮與行星/觀星之旅三：星團、星雲和星系

季節星圖
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其他資源與參考書籍
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