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天文看似遥不可及，其实和我们息息相关。探索宇宙是人类永恒的欲望，学习天文学知识是攀登科学高峰的重要阶梯。让我们和南开大学的苏宜教授一起，开启一场奇妙的宇宙之旅。在本书中，我们将探索宇宙中的各类天体，了解地球、月球、太阳系、银河系、黑洞、星团、星云、星系等一系列天文研究对象的科普知识。本书包含了大量的照片和拓展的天文小知识，最后还会介绍暗物质和暗能量。让我们在苏宜教授的指引下，一起用科学的眼光探究关于日月星辰的奥秘，化解埋藏心底已久的关于宇宙时空的种种困惑。
书名：星海求知——天文学的奥秘
ISBN：978-7-115-60194-0
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著 苏 宜
责任编辑 赵 轩
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天文看似遥不可及，其实和我们息息相关。探索宇宙是人类永恒的欲望，学习天文学知识是攀登科学高峰的重要阶梯。让我们和南开大学的苏宜教授一起，开启一场奇妙的宇宙之旅。在本书中，我们将探索宇宙中的各类天体，了解地球、月球、太阳系、银河系、黑洞、星团、星云、星系等一系列天文研究对象的科普知识。本书包含了大量的照片和拓展的天文小知识，最后还会介绍暗物质和暗能量。让我们在苏宜教授的指引下，一起用科学的眼光探究关于日月星辰的奥秘，化解埋藏心底已久的关于宇宙时空的种种困惑。
20多年前，在我开始从事天文科普工作之时，就听闻苏宜教授在南开大学和天津大学坚持多年开设天文选修课的事迹。后来我有幸多次与苏宜教授一同参加会议，每次聆听苏宜教授的会议报告和发言时，都被他对天文科普教育的满腔热情和认真态度所感染。给我印象特别深刻的是，本世纪（21世纪）初北京天文馆刚刚开展全国中学生天文奥林匹克竞赛活动的组织工作时，我发现全国各地学习天文的孩子们几乎每个人都有—本苏宜教授著的《天文学新概论》。这本书从2000年至今，已出至第五版，印刷了25次。这本书已成为多年来很多孩子进入天文学殿堂的阶梯。斗转星移，时光如梭，这么多年过去，—定有很多青少年朋友在苏宜教授的指导和影响下，喜欢上了天文，甚至投身天文科学事业。
人类文明肇始，头顶的日月星辰便始终吸引着人们的目光，通过观察天象，古人能确定自身所处的空间方位，标定每件事发生的时间顺序。探究天地运行的规律，以期顺应自然，求得生存和发展，成为每一个古老文明在发展初期不可或缺的“刚需”。可见，天文学的起源非常早。
时至今日，人类社会已经进入科技昌明的时代，但天文学仍然引领着科学的发展。回顾本世纪（21世纪）历年来的诺贝尔物理学奖，天文学独占三分之一，便不难得出这个结论：历史上，天文学取得的每—次重大突破，不但是对科学的贡献和促进，也都深深影响着人们的宇宙观，成为社会进步的驱动力。人们，特别是青少年朋友学习天文，无疑能够开阔视野，提高科学素养，树立正确的世界观和人生观。
苏宜教授1958年毕业于南京大学天文系，今年已经84岁了。他新推出的这本《星海求知——天文学的奥秘》，将以更加通俗和图文并茂的形式，带领大家进行一场现代天文学的探寻之旅。书中内容是他多年来天文课程教学经验的积累、集约和升华，重在梳理天文学的基础知识以及学科的发展脉络，尽量避开数理方面的困难，只引用了极少量的数学公式，对于社会各界爱好天文的人士，具有很好的可读性。在苏宜教授的这本新书里，我们还可以读到许多最新、最前沿的天文知识，例如：世界最大的单口径射电望远镜中国天眼FAST正在窥视宇宙深空；中国的嫦娥、玉兔探测器已经登临月球背面；国际合作的事件视界望远镜EHT拍摄到银河系内外巨型黑洞的真容；美国新一代韦布空间望远镜JWST传回最清晰的宇宙图景等等。
德国哲学家黑格尔曾经说过：“—个民族，要有—些关注天空的人，才有希望。”亲爱的青少年朋友和更广大的各界读者朋友们，浩瀚宇宙、星辰大海，在等待着我们去探索，去发现。
北京天文馆 齐锐
2022年夏至
在晴朗的夜空中，远离喧嚣的城市，摆脱灯光的干扰，璀璨的群星就会更清晰地呈现在你眼前。茫茫星海是人类在漫漫长夜中与生俱来的伴侣，也是人类获取知识的永恒源泉。
这是在我国青海冷湖拍摄的星空，这里正在建设国际一流的天文观测基地
德国哲学家康德在1788年发表了重要著作《实践理性批判》，里面有一段名言：“有两样东西，人们越是经常持久地对之凝神思考，它们就越是使内心充满常新而日增的惊奇和敬畏：我头上的星空和我心中的道德律。”（引自《实践理性批判》，邓晓芒译）这说明人类天生就是“追星族”。
在远古时代，人类仰观日月星辰的运行，天长日久，获得了指导农耕或者游牧的重要启示，渐渐发展出一门研究天体运动、探索宇宙奥秘的科学——天文学。
1.1 古人观天1914年，梁启超先生到清华大学做了一次题为《君子》的演讲。梁启超先生引用了《周易》里面的“天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物”。这句话我们可以理解为：日月星辰，出没天庭，健行有序，君子因明天理而奋发图强，永不停息；厚重大地，容载万物，坦荡胸怀，君子应察地势而积累道德，承担事业。此后，清华大学以“自强不息，厚德载物”为校训直至今日。
明朝末年，著名思想家顾炎武曾经在其著作里提到“三代以上，人人皆知天文”。这里的三代是指夏、商、周3个朝代，“三代以上”应当是指距今约5000年的远古时代。
1987年考古学家在河南濮阳有一个重大考古发现——埋在古黄河岸边的一个古代墓葬，墓主人的骨骼相当完整。在墓主人骨骼的两侧，分别有用河里的蚌壳摆成的一条龙和一只虎的图案，大小与人相近。在墓主人脚的那一头还有一个图案，是用一堆蚌壳配上两块人的大腿骨构成的北斗星。
古墓葬
根据考古学家和历史学家的考证，这个古代墓葬里用蚌壳摆成的龙、虎和北斗星的图案，表现了当时古人对天上星辰的一种崇拜。青龙、白虎、朱雀、玄武是历朝历代的人根据天上的星辰，用5种动物形象（玄武为龟和蛇组合而成的形象）抽象而来的。经过考古学家用现代方法检测，这个古代墓葬距今约6460年，年代比我国目前发现的最古老的文字，也就是比殷商时期出现的甲骨文还要早3000多年。这一重要的考古遗存现已从原址迁移到北京天安门广场东侧的国家博物馆古代中国陈列厅。
甲骨文
天文知识小卡片
甲骨文是殷商时期的古人刻在兽骨（主要是牛的肩胛骨）或龟甲上的文字，它是1899年由晚清官员王懿荣在一块来自河南安阳的甲骨上被首次发现的，出土地又称殷墟。
1978—1985年，考古学家在山西襄汾县陶寺村发掘出一处远古时期的重要文化遗址，经考证，就是传说中的尧都遗址，所处的时期是距今约4500年到3900年的远古时期。在尧都陶寺遗址出土了大量文物，其中有古人用来测量日影长短的天文仪器——圭尺，它是古人根据日影的长短来确定季节的一种天文仪器。这说明在大约4000年前，我国古代先民就已经掌握了科学的天文观测方法。考古学家根据这些发现复原了古人观测太阳、确定季节的观象台模型。
陶寺遗址观象台复原模型
1.2 斗转星移古人通过长期观察星空总结出了一套规律，发现了斗转星移。实际上斗转星移是星空中的两种运动的综合表现，用现代天文学的语言来说就是周日运动和周年运动的综合表现。
我们需要明确方向的概念。人站在地面上，东、南、西、北应该按照顺时针的方向排列，比如说左面这张图片中的人，如果他面向南方，那么他的左手边一定是东方，右手边一定是西方。东、南、西、北的排列顺序，在地球上的任何地方都是一样的，只有两个特殊点例外，那就是北极点和南极点。当人们在北极点时，四面八方都是南方；当人们在南极点时，四面八方都是北方。
当人面向南方时的方向图
在星空周日运动示意图中，北斗七星绕着北极星旋转，一天转一圈，而且天上其他的恒星也都做着同样的运动，这个现象被称为“众星拱北”。
星空周日运动示意图
“北”就是北极星，也就是说众星都围绕着北极星旋转。但是为什么别的星都绕北极星旋转，而北极星自身不动呢？这是因为地球在自转的时候，自转轴（就是通过地球表面南、北极点间的轴线）是不动的，它指向天空中的北极星，所以北极星看起来也就不动了。人们在地球上不觉得地球在动，却能看到星空在旋转，一天转一圈，这就是周日运动。
地球自转轴示意图
右侧这张图片展示的是人们在冬季晴夜，面向南方所看到的星空中有名的“冬季大三角”。它是由猎户座中的参宿四、小犬座中的南河三和大犬座中的天狼星3颗特别亮的星组成的一个大的近似等边三角形。参宿（shēn xiù）是二十八宿（“宿”指“星宿”，在我国古代指星座，“二十八宿”指沿黄道分布的28个星区）之一。与参宿对应的西方星座名称是猎户座。
冬季大三角示意图
猎户座中间有3颗星连在一起，叫作参宿三星，它们看起来像是猎人腰带上的3颗宝石。“宝石”左上方有一颗红色亮星，我国古称参宿四；右下方有一颗蓝色亮星，我国古称参宿七。猎人腰带的左下方还有一把“短剑”，它由几颗暗一点的星组成，实际上其中一颗并不是星星，而是有名的猎户星云。在冬季晴朗的夜晚，仰望星空，很容易找到这些亮星。
判断周日运动的方向有一种可靠的方法——左螺旋系统。请大家伸出自己的左手，握拳并竖起拇指，把拇指指向天上的北极星，另外4根手指所指的方向就是星空周日运动的方向。不管是看南方的星空还是看北方的星空，这种方法都是适用的。而且在地球上任何地方，星空周日运动的方向都可以用左螺旋系统表示。因为星空的周日运动是地球自转的反映，而地球自转的方向与周日运动的方向相反，可以用右螺旋系统来表示。右螺旋系统是伸出右手握拳并竖起拇指，拇指所指的方向是北天极（地球自转轴沿着北极向外延伸与天空的交会处，北极星是最靠近北天极的一颗恒星）的方向，而另外4根手指所指的方向就是地球自转的真实方向。当然，在南半球的人看不见北极星，而南天极附近没有可见的亮星，只能估计南天极的位置。在南半球，用左手拇指背向南天极，仍然可以使用左螺旋系统的方法判断星空周日运动的方向。
1.3 寒来暑往在黄昏初见，天上星辰刚刚出现的时候，观察北斗七星斗柄的指向可以发现，不同的季节它的指向是不同的。《汉书·艺文志》有著录的战国时代的古书《鹖冠子》中记载：“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。”由此可见，至少早在战国时代，我们的祖先就已知道用北斗七星斗柄的指向来确定一年四季了。这是古人长时期观察北斗七星的结果，也就是星空周年运动的表现。
不同季节初昏时北斗七星位于不同位置
周年运动是由地球绕太阳公转引起的。如果我们长时间观察星空，就可以发现周年运动的规律，它主要表现为每一颗恒星从地平线升起的时间每天都要提早一点点，一个月提早约两小时，一年后重回原点。在一年四季的固定时刻看到的星座是不同的。以北半球的南方星空为例，冬季出现的标志性星座是猎户座，在我国叫作参宿。盛夏出现的标志性星座，西方叫作天蝎座，房宿、心宿、尾宿都在天蝎座。天蝎座的名字出自古巴比伦，后传到古希腊、古罗马，并沿用至今。
天蝎座示意图
到了夏秋之交，星空又有所变化，我们特别熟悉的牛郎星、织女星所在的星座成为星空中的主角。牛郎星所在的星座叫作天鹰座，织女星所在的星座叫作天琴座。这两颗亮星分处银河两岸，光彩熠熠，分外引人注目。牛郎、织女是我国民间广为流传的神话故事中的两位主人公：“迢迢牵牛星，皎皎河汉女……盈盈一水间，脉脉不得语。”（出自《古诗十九首》）牛郎星又称河鼓二，在它的两边各有一颗稍微暗一点的星，它们排成一条线，古人称其为河鼓三星。在民间传说中那是牛郎挑着一副担子，一儿一女分处担子两边，3人共同遥望着银河对岸孩儿们的母亲——孤零零的织女。唐朝诗人杜牧曾经写过一首诗：“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”为什么诗里要写“卧看”？这是因为在夏秋之交，人们在夜晚乘凉的时候，抬头看天上的牛郎星、织女星，它们就在头顶上方，如果站着看或者坐着看，要把头仰得很高，一会儿脖子就受不了了，所以要“卧看”。与牛郎星、织女星几乎同样明亮的还有一颗星，那就是天津四，它位于天鹅座。牛郎星、织女星与天津四组成一个大大的近似直角三角形，称为夏季或夏秋季大三角，织女星位于直角的顶端。天鹅座在西方也叫北十字星座，像一只展翅翱翔于银河上空的天鹅，天津四是其尾羽上的一颗亮星。我国《晋书·天文志上》有“天津九星横河中”的记载，9颗星组成银河中的一条渡船，其中最亮的那颗就是天津四。
夏秋之交的中天星空
“七月流火，九月授衣”（出自《诗经·国风·豳风·七月》）中的“火”，指的就是天蝎座中那颗又大又红的亮星，古人称之为心宿二。心宿二两侧有两颗稍微暗一点的星，它们与心宿二组成心宿三星，在盛夏的时候出现在南方的星空。这颗星在商朝的时候又叫作大火星，也叫商星。在商朝时期人们观察这颗星所处的位置，黄昏时大火星的高度一天比一天高，可是到了某一个季节的某一天以后，它的高度开始一天比一天低，这个现象叫作“流”。古人看到大火星的这个现象，就称之为“流火”，意味着农历的七月即将过去，再过两个月就是农历九月，要开始准备过冬的衣服。这就是“七月流火，九月授衣”的天文含义。
猎户座中的参宿三星在《诗经》里也被提到过。《诗经·国风·唐风·绸缪》中提到：“绸缪束薪，三星在天。今夕何夕，见此良人？”这里的“三星”就是指猎人腰带上的3颗宝石，我国古人称其参宿三星。
心宿三星示意图
参宿三星位于天赤道上，它做周日运动的时间长、速度均匀。商周时期，漫漫的冬季长夜，人们根据这3颗星在天上的位置来判断时间，这就是《诗经·国风·唐风·绸缪》描述的“三星在天”所指的意思。新婚夫妇在新婚之夜看到参宿三星在高高的天上，互相倾诉彼此的情感：今天我们在一起，希望将来永远在一起。
杜甫《赠卫八处士》开头的几句是：“人生不相见，动如参与商。今夕复何夕，共此灯烛光。”诗句中的“参与商”指的是天上的两颗星，“参”就是参宿，“商”就是心宿二。为什么杜甫要写“动如参与商”？是因为杜甫当时处于安史之乱的动乱年代，朋友或家人为躲避战祸东躲西藏，难得聚在一起，就像天上的这两颗星（两颗星一颗在冬季出现，一颗在夏季出现，不会同时在天上出现）。因此杜甫比喻朋友之间难得相见，就像这两颗星一样。他还在诗的最后写下“明日隔山岳，世事两茫茫”来与开头呼应。
地球公转还造成春夏秋冬周而复始的季节变化。地球到太阳的距离大约是1.5亿千米，地球在固定的椭圆轨道上围绕太阳公转，周期是一年。同时，地球绕着自转轴自转，周期是一天。自转轴并不与公转轨道平面垂直，而是倾斜的，倾斜的角度约是23.5度。在公转的过程中，自转轴倾斜的角度是不变的，且自转轴一直指向北极星。地球绕太阳公转加上地球自转轴的倾斜，这两个因素共同造成了一年四季的寒暑变化。
地球自转轴倾斜的角度也叫黄赤交角。黄指地球绕太阳公转的轨道平面，叫作黄道面；赤指的是通过地球球心垂直于地球自转轴的一个平面——赤道面。赤道面与地球表面相交的大圆圈就是地球上的赤道。赤道面与黄道面的夹角就是黄赤交角。黄赤交角的大概值为23.5度，地理学中的南北回归线纬度值，即南纬23.5度和北纬23.5度即来源于此。
地球公转时自转轴倾角不变，如下图所示：地球的位置在图的右侧时，地球北极倾向于太阳，太阳正对的地球位置是北回归线，这个时候北半球获得的太阳能量多于南半球，使得北半球过夏天，南半球过冬天；半年之后，地球公转到了图左侧，地球自转轴倾斜方向不变，地球北极偏离了太阳，而地球南极倾向太阳。这个时候太阳直射地球南回归线，北半球获得的太阳能量就少于南半球，北半球成为冬季，南半球成为夏季。而春、秋这两个季节，太阳光直射的区域刚好是地球的赤道区域，这个时候南、北半球温度基本上是均衡的。由于地球在轨道上不停地公转，所以一年就有了春夏秋冬的变化。
地球公转示意图（标注的季节为北半球季节）
天文知识小卡片
如果在野外迷失方向，那可以先找到北极星，它的正前方一定是正北方向，因此可以很快地按顺时针方向定位东、南、西、北4个方向。找到北极星以后，还可以估计北极星相对于地平线的高度角，这个角度刚好就是所在地的地理纬度，这是北半球通用的规则。南半球的人看不到北极星，而且南天极附近没有相应的南极星，所以南半球的人要判断方向和估计所在地的纬度要比北半球的人困难。不过，南天极虽然没有南极星，却有两个非常漂亮的天体——大麦哲伦云和小麦哲伦云（通常被称为大麦云和小麦云）。南半球居民能够用肉眼看到这两个漂亮的天体，实际上它们不是星云，而是河外星系，也是地球人唯一能用肉眼直接看到的河外星系。当年麦哲伦的船队航行到南美洲南端时看到了它们，才把这一发现带回欧洲。
南半球夜空中的大麦云、小麦云和全天第二亮星老人星，
地面景致是位于南美洲智利北部的欧洲南方天文台
太阳在星空背景中以年为周期做周期性运动，这种运动并不是真实的太阳运动，而是因为地球公转，人们站在地球上不觉得地球在动，反而以为是太阳在星空背景中运动，所以叫作视运动。太阳周年视运动是地球公转的反映。
2.1 太阳周年视运动地球绕太阳公转的实际轨道是椭圆形的，但椭圆的扁平程度很小，可以近似地将其看作一个圆。太阳在椭圆的一个焦点上，可以近似地认为它位于圆心。地球在距离太阳约1.5亿千米的轨道上一年转一圈，这是地球公转的真实运动。不管地球在轨道上转到什么位置，总是向着太阳那一边的居民过白天，背着太阳那一边的居民过黑夜。由于地球自转的周期是一天，所以昼夜在约24小时之内交替。同时地球绕太阳公转的周期是一年，约365天，转一圈是360度，因此一天走1度左右。公转运动相对自转运动来说要慢得多，当然这是就转动角速度而言的。对于实际的运动线速度，地球公转是自转的64倍。
地球在轨道上运动，有4个特殊时刻：春分、夏至、秋分、冬至。它们也是我国农历中4个重要的节气。下图所示的是在这4个特殊时刻，地球运动的情况和太阳在星空背景中所处位置的变化情况。春分是每年公历的3月21日前后。这时，太阳会直射赤道，南北半球获得等量的光和热。从地球上看，太阳在黄道上的双鱼座中的春分点。实际上，人们不可能在白天看到双鱼座，因为由大气分子散射的阳光把星光都遮掩了，太阳旁边的星就看不见了。只有一种特殊情况，那就是发生了日全食，月球把太阳圆面挡住，天空变黑，这时就可以看到太阳旁边的星了。但由于日全食较为罕见，所以我们平常总是看不到太阳旁边的星。等到子夜，在同样位置处，地球上的人们看到的是秋分点所在的室女座。
春分时地球和太阳的位置
夏至时地球和太阳的位置
夏至时，也就是每年公历6月22日前后，太阳直射北回归线，北半球获得的光和热多于南半球，太阳位于黄道上的双子座中的夏至点，而半夜看到同样位置处变成了人马座。秋分时，也就是每年公历9月23日前后，地球转到了图中正上方的位置，太阳位于黄道上的室女座中的秋分点，半夜里看到同样位置处变成了双鱼座。到了冬至，也就是公历12月22日前后，太阳位于黄道上的人马座中的冬至点，半夜同样位置处看到的是双子座。再过3个月又回到春分，地球完成公转一圈。太阳也在星空背景中沿黄道上的双鱼座—双子座—室女座—人马座，又回到双鱼座，转了一圈。这就是太阳的周年视运动，星空的周年变化也是因为这种运动产生的。太阳相对于远方的恒星实际上没有这种运动，而在地球上的人看来存在这种运动，所以叫作“视运动”。
秋分时地球和太阳的位置
冬至时地球和太阳的位置
人们通常看不到太阳旁边的星空，那么古人是怎样总结出太阳一年中在星空背景中的运动情况的？
不论是在古代中国还是其他古文明，古人经过长期观察，总结出太阳视运动遵循这样的规律：白天太阳旁边的星应该是半年前半夜间看到的正南方向黄道上的星。连续地在夜晚观星，就知道了一年当中任何时候太阳应该在什么位置，从而得出了太阳周年视运动的结论。
地球公转的真实运动方向可用右螺旋系统判断，太阳周年视运动的方向也可用右螺旋系统判断，它与地球在公转轨道上真实运动的方向是一致的。前面说过，星空周日运动的方向可用左螺旋系统判断，它与太阳周年视运动的方向刚好相反。在北半球中纬度地区看南方的星空，星星们东升西落，从左向右运动；而太阳在星空背景中从右向左运动，且行（周日运动）且退（周年运动），退比行要慢得多。
太阳周年视运动示意图
2.2 星座的由来现代所流行的星座的说法最早可以追溯到古巴比伦时期，人类通过几千年不断提升认识，才有了现代科学的星座划分。
大约在公元前13世纪，古巴比伦人就根据太阳在星空背景中周年视运动的规律，给出了黄道十二宫的星座划分。
所谓黄道十二宫，是古人认识到太阳在星空背景中一年转一圈，而将星空背景上许许多多的恒星划分成的12个星座，太阳每月待在其中一个星座里，这些星座好像太阳的十二座行宫。黄道十二宫由当时的神话故事人物或者动物的名字来命名，如双鱼座、金牛座、天蝎座等。这是人类对星空最早的星座划分。
古巴比伦的黄道十二宫（太阳周期）
古希腊、古罗马时期，人们又在黄道外的更大区域划分出好几十个别的星座。到了17世纪，欧洲人通过远洋航海，到达了南半球，又看到南半球的星空中有很多在北半球看不到的恒星，因此又把这些南天上的星空区域划分成许多的星座，这些星座的名称除了来自神话故事里的人物或者某种动物之外，还有一些与航海有关，如罗盘座、望远镜座、六分仪座等。
星座是地球上的人看到的夜空中由众多恒星组成的各种图案。这些恒星距离我们非常遥远，它们之间虽有一些相互运动，但在相对不算太长的时间里，比如几千年之内，人们看不出它们所构成的星座有什么变化，所以古罗马人和现代人看到的星空几乎是一模一样的。这些星的英文称作star，在我国称作恒星。当然，人类也早已发现，有几颗亮星属于异类，它们的位置总在其他星之间移动变化，在我国称作行星（英文称作planet，为“漫游者”的意思）。在望远镜发明之前，人们早已知道金星、木星、水星、火星、土星这5颗行星，后来又发现了天王星、海王星，再加上地球，这就是太阳系八大行星。1930年发现了“第九大行星”冥王星，但2006年国际天文学联合会又把它“开除”了，因为它的一些基本物理参数，不属于行星的范畴。
八大行星示意图
除了这几颗行星，其他肉眼所见的满天繁星全都是恒星。这些恒星距地球有远有近，明暗、大小差别巨大，相互之间的距离有几百、几千或几万光年，只是由于投影的关系，才被人们凭想象凑在一起组成某种图案，并获得各种名称（星座）。因此，星座并不是宇宙中的实体。
古人所定的星座只由肉眼可见的亮星组成，没有明确的边界。望远镜被发明出来以后，天文学家可以看到许许多多肉眼看不见的星，这些星如果处在两个星座之间的某个位置，就难以界定它们属于哪个星座。19世纪中期以后，英国天文学家约翰·赫歇尔提出根据天球上的经纬度（通常使用赤道坐标系的经纬度，分别称为赤经和赤纬）对星座边界给予严格的科学划分。星座的名称还沿用古人命名的金牛、白羊、双鱼等。这个建议得到全世界天文学家的赞同，1929年国际天文学联合会正式决定，把全天固定划分出88个星座，星座名称基本沿用古代名称，但作为科学名词固定下来，用拉丁文表达，即每个星座取3个有明确大小写的拉丁文字母作为它们的符号。1922年成立的中国天文学会确定了星座的中文译名。这就是现代天文学所用的全天88星座表。
根据现代科学的划分，黄道上不是只有“十二宫”，而是有13个星座，多出的一个星座是蛇夫座。太阳在黄道的13个星座当中穿行，这些星座有大有小，太阳在各个星座中停留的时间有长有短，最长的44天（室女座），最短的只有7天（天蝎座），这就是真实的太阳周年视运动。
黄道十三星座图
我国古人不讲星座，而是运用另外一套星空划分体系，称为三垣四象二十八宿，此外还有其他许许多多的星官。这套体系至少在汉代前就已经采用，司马迁曾在《史记》里有过详细描述。二十八宿用28个汉字来表达，它们大体上也是沿着太阳周年视运动的黄道大圆分布的。那么为什么我国取名二十八宿，而西方只有黄道十二宫？这是因为古巴比伦人的黄道十二宫只关注太阳的周年视运动，而我国古人除了关注太阳外，还很关注天上的月亮，月亮的盈亏周期是我国古人传统的纪日、纪月的重要依据。月亮在星空背景中也做周期运动，它运动的轨道叫白道，周期接近28天。白道与黄道虽不是同一个大圆，但相当接近。我国古代二十八宿的星空划分兼顾了日、月这两个与人类活动关系最为密切的天体在星空中的运动轨迹。二十八宿又根据初昏时出现的方位分为4组，称为四象，用4种（实为5种，玄武为蛇、龟合体构成的形象）被神化了的动物，即青龙、白虎、朱雀、玄武来称呼，分别代表东、西、南、北4个方位。三垣即紫微垣、太微垣、天市垣。垣是“围墙”的意思，寓意用宫廷、官府和市井3个区域来划分以北极星为中心的北方星空。
二十八宿示意图
2.3 我国农历的制定规则农历是连续使用了几千年的中国传统历法，一度称为夏历，意为从夏朝开始的历法。辛亥革命以后，中华民国政府采用新历（现行公历，民间俗称阳历），原有历法称为旧历，民间俗称阴历。中华人民共和国成立后，正式将旧历命名为“农历”，与公历并行使用。农历对年、月和节气的安排完全以月相盈亏周期和太阳周年视运动周期两个自然周期为依据，没有其他的人为干预。农历的制定规则可以归纳为4个关键词：定朔、置闰、中气、岁首。
“定朔”即确定月相朔发生在什么时候。农历规定：以月相朔所在的那一天为每月的初一，下次朔的日期为下一月的初一。朔望周期不是日的整倍数，自身的长短也略有起伏，平均约为29.5305882日，因此月长有时为30天（大月），有时为29天（小月）。朔的准确时刻要根据月亮、地球和太阳之间真实的轨道位置来确定。古时候没有轨道运动的概念，但人们也能从细致的星象观测中，预知月相朔发生在哪一天，这项工作称为定朔。
农历的重要作用是指导农业生产，而农作物的生长规律与太阳息息相关，农历的“年”也以太阳周年视运动（回归年）为依据。但回归年周期与朔望周期都不是整数，而且不能通约，积累12个月不够一年，13个月又超过了。农历便通过置闰的办法来解决这一不能通约的难题。“置闰”即在适当的时候设置一个 “闰月”。有闰月的年有13个月，称为“闰年”，没有闰月的年有12个月，称为“平年”，这样长期积累下来，可以让平均年长天然地与回归年长完全吻合。
置闰的依据是“中气”。我国古人根据太阳周年视运动，把黄道每隔15度分成一段，等分成24段，太阳每到达一段的时刻叫作一个节气，一共有24个节气。二十四节气从冬至开始，每隔一个挑出一个，共挑出12个，将其叫作中气。凡一个朔望月中含有中气的月份为正常月份，不含中气的月份就不是正常月份，而是上一个月的闰月。一年中有且只有12个中气，所以一年有12个正常月份，按“正月”“二月”直至“十一月（也叫冬月）”“十二月（也叫腊月）”编排。这就巧妙而科学地解决了朔望月与回归年之间的调和问题。
二十四节气示意图
“岁首”是指“一岁之首”，即认定哪一个月份是正月。古文献记载：夏朝以“雨水”所在之月为岁首，商朝以“大寒”所在之月为岁首，周朝以 “冬至”所在之月为岁首，秦朝以“小雪”所在之月为岁首。汉武帝太初元年（公元前104年）颁行太初历，岁首依夏历，即以雨水所在的月份为岁首，一直沿用到现代。
我国农历兼顾日月两个自然天体，源远流长，包含着比公历更多的自然信息。二十四节气不仅能调和阴阳，而且能更准确地指导农时。公历中完全没有月相信息，而农历与月相有明确关系。月相同海洋潮汐关系密切，同某些生命活动及人类的生理周期也有关系。中华民族的一些传统节日如春节、端午、中秋等都是根据农历来确定的。2016年11月30日，“二十四节气”被列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。2017年5月12日，中华人民共和国国家标准《农历的编算和颁行》（GB/T 33661—2017）正式发布。
天文知识小卡片
这里教给大家一个记住二十四节气的好方法：注意看二十四节气的示意图，二分（春分、秋分）二至（夏至、冬至）4个节气加上四立（立春、立夏、立秋、立冬）共8个节气，这8个节气的点是均匀且对称分布的。在这8个节气中，每两个节气之间都分别有两个节气，经过这样分解记忆以后，24个节气就全部记住了。
另外还请注意：二十四节气的排序是以冬至为首（在中华人民共和国国家标准《农历的编算和颁行》中序号为1），大雪为末（序号为24）。凡序号为单数的都是中气，序号为双数的都不是中气。二分二至都是中气，但四立都不是中气。立春（序号为4）有的年份与雨水（序号为5）在同一个朔望月里，它就是这年当中的第一个节气；但也有的年份，立春与雨水不在同一个朔望月里，它就是上一年中的最后一个节气。所以，笼统说“立春是一年当中的第一个节气”是不准确的，应当说“立春是以冬至为首的二十四节气当中的第四个节气”。
农历虽然经过了历朝历代不断地完善，但是实际上它的基本思想很早以前就出现了。传说夏朝的时候就有了历法，所以农历也叫夏历，司马迁的《史记》中对历法有明确的文字记载。
我国的农历是一套严谨的历法，它既依据了月亮的运动，也依据了太阳周年视运动的天文现象。有人把农历称为阴历，把公历称为阳历，这种说法是不准确的。我国的农历既有阴也有阳，阴就是指月亮（古人也称之为太阴），阳就是指太阳。农历包含太阳和月亮的自然信息，基本上没有人为因素，而公历没有考虑月亮的因素，纯粹依据太阳周年视运动，而且它的月份长短很不整齐，有人为干扰的因素。
