星图与星座

星座(constellation)是把天球上视位置相近的恒星组合成的可识别图案,以及由此划定的天区。需要强调的是,同一星座内的恒星之间通常并无物理联系:它们与地球的距离可相差数百乃至上千光年,所谓「图案」只是这些恒星在地球视线方向上的投影。星座的主要作用是为定位天体提供命名与分区框架,与赤经赤纬坐标配合使用,可在天球上唯一确定任意目标的位置。

与「星座」相关但不同的概念是星群(asterism):星群指任何被广泛识别的恒星图案,它可以小于一个星座(如猎户腰带三星、北斗七星),也可以跨越多个星座(如夏季大三角横跨天琴、天鹰、天鹅)。星群不是正式的天区划分,而星座在现代天文学中是有精确边界的天区。

IAU 88 个现代星座

国际天文学联合会(International Astronomical Union, IAU)在 1922 年第一届大会上确定了覆盖整个天球的现代星座清单,并为每个星座规定了基于其拉丁文名称的三字母缩写(如猎户座 Orion 缩写为 Ori,天琴座 Lyra 为 Lyr,半人马座 Centaurus 为 Cen)。三字母缩写在星表与文献中广泛使用,可避免拉丁文全名及其属格的歧义。

历史来源

这套体系并非一次设计完成,而是历经两千余年累积。其历史来源可分为四部分:

来源	数量与内容	时期与说明
托勒密 48 星座	古希腊《天文学大成》(Almagest)记载约 1022 颗星、48 个星座	约公元 2 世纪;多为北天与黄道附近的经典星座,主导西方与阿拉伯天文逾八百年
南天新增星座	普朗修斯(Plancius)与航海家凯泽(Keyser)、德houtman 据南半球观测新增约 12 个	16 世纪末—17 世纪初;填补古希腊未见的南天区,如天燕、孔雀、杜鹃等
拉卡伊南天星座	拉卡伊(Lacaille)新增 14 个,多以科学仪器命名	18 世纪中叶;如望远镜座、显微镜座、矩尺座、唧筒座等
星座拆分	拉卡伊将托勒密的南船座(Argo Navis)拆为船底座、船尾座、船帆座三部分	这是 1922 年最初确定的 89 个缩写最终减为 88 个的原因

最终现代 88 个星座按主题大致可分为三类:42 个动物、29 个无生命器物、17 个人物或神话角色。历史上还出现过许多今已废弃的星座(如象限仪座、猫座),其遗存仅在象限仪座流星雨(Quadrantids)等名称中可见。

1930 年精确边界

1922 年确定的只是星座名录,星座之间尚无统一边界,同一颗星归属哪个星座往往因星图而异。1928 年 IAU 通过、由比利时天文学家德波特(Eugène Delporte)整理、1930 年正式出版的《星座的科学划界》(Délimitation scientifique des constellations)给出了精确边界。其关键特征:

边界沿赤经线与赤纬线铺设,即由「竖直」与「水平」的弧段拼接而成,使天球被无缝分割为 88 个互不重叠、合并覆盖全天的区域。
边界采用 B1875.0 历元的赤经赤纬坐标。选此历元是为了与当时已有的阿根廷《科尔多瓦星表》等观测衔接。由于岁差使坐标网格随时间缓慢转动,在今天常用的 J2000 星图上,这些边界看起来已不再严格水平或竖直,而是略有倾斜。
IAU 当时要求:划界须保证所有已知变星仍留在其原已归属的星座内,以免变星命名(见下文)失去对应。
从此每一颗恒星、每一个深空天体都唯一地归属于某一个星座;说「某天体在天鹅座」具有明确而无歧义的天区含义。

猎户座 IAU 官方星图 — 猎户座官方星图:外框折线为沿赤经赤纬铺设的星座边界,主要亮星以 Bayer 希腊字母标注,网格为赤经赤纬刻度图源 IAU and Sky & Telescope magazine (Roger Sinnott & Rick Fienberg) · CC BY 3.0

星座面积与极端值

整个天球的立体角约为 41253 平方度(对应 4π 球面度),平均每个星座约 469 平方度,但实际面积差异极大,最大者约为最小者的 19 倍。

类别	星座	面积(平方度)
最大	长蛇座(Hydra)	1302.8
第二大	室女座(Virgo)	1294.4
第三大	大熊座(Ursa Major)	1279.7
第三小	天箭座(Sagitta)	79.9
第二小	小马座(Equuleus)	71.6
最小	南十字座(Crux)	68.4

黄道星座与拱极星座

黄道星座

黄道(ecliptic)是太阳在天球上一年内经过的视路径。从天文学角度,黄道穿过 13 个星座:白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼,再加上蛇夫座(Ophiuchus)。

占星术只取其中 12 个,原因是公元前一千纪巴比伦人把黄道按黄经均分为 12 个各 30° 的「星座宫(sign)」,以配合一年约 12 个朔望月,蛇夫座因不便纳入该等分体系而被略去。需要区分两点:

占星「星座宫」是黄经的等分区段,边界与实际星座的 IAU 天区边界并不重合。
天文上太阳实际停留在各星座的时间长短不一:在室女座内约 45 天,而在天蝎座 IAU 边界内仅约 7 天,在蛇夫座内反而约 18 天(太阳约 11 月 30 日至 12 月 18 日位于蛇夫座方向)。

拱极星座

**拱极星座(circumpolar constellation)**指在给定观测纬度上全年不落入地平线、绕天极旋转而始终可见的星座。某星座是否拱极取决于观测者的地理纬度。设纬度为 φ、天体赤纬为 δ:

北半球永不落下(上拱极):  δ > 90° − φ
北半球永不升起(下拱极):  δ < −(90° − φ)

北半球中纬度常见的拱极星座有小熊、大熊、仙后、仙王、天龙等。
纬度越高,拱极星座越多;在两极附近近一半天球常年可见,在赤道上则没有任何星座拱极,全部星座都会东升西落。
拱极区与中国古代的「紫微垣」高度重合,后者正是围绕北天极、常年可见的天区。

各星座在不同纬度的可见性,可结合半球可见性进一步判断。

猎户座星图 — 猎户座位于天赤道附近,在南北两半球都可见,是跨半球的代表星座图源 IAU and Sky & Telescope magazine (Roger Sinnott & Rick Fienberg) · CC BY 3.0

昴星团 M45 — 昴星团位于金牛座,是黄道附近著名的疏散星团图源 NASA, ESA, AURA/Caltech, Palomar Observatory The science team consists of: D. Soderblom… · Public domain

中国古代星官体系

中国自至迟公元前 5 世纪起独立发展出一套**星官(亦译 asterism / Chinese constellation)**体系,中文亦称「星官」或「星宿」,其分区与连线方式与古希腊传统完全不同,且星官普遍比西方星座小、星数更少。宋代(13 世纪)的苏州石刻天文图共载 283 个星官、合计约 1565 颗星,远多于托勒密的 48 星座、1022 颗星。该体系由「三垣」与「四象二十八宿」构成。明末由徐光启等人据欧洲星图为南天补入约 23 个近南极星官。

三垣

三垣指环绕北天极的三个区域,各自被两道「墙」状星官(左垣、右垣,合称「垣」)围合,寓意天上的宫廷、官署与市场。

三垣	含义	大致对应的西方星座
紫微垣	天帝居所,北天极周围的拱极天区	小熊、天龙、鹿豹、仙王、仙后等
太微垣	朝廷官署,以官职与场所命名	室女、后发、狮子的一部分
天市垣	集市,以货物与诸侯国命名	蛇夫、武仙、巨蛇、天鹰、北冕的一部分

四象与二十八宿

沿天赤道与黄道一周,二十八组星官(称「宿」)被划入四个方向,每方七宿,合称四象,各配一种神兽与颜色:

四象	方位/季节	七宿名称
东方青龙	东方,春	角、亢、氐、房、心、尾、箕
北方玄武	北方,冬	斗、牛、女、虚、危、室、壁
西方白虎	西方,秋	奎、娄、胃、昴、毕、觜、参
南方朱雀	南方,夏	井、鬼、柳、星、张、翼、轸

**二十八宿(Twenty-Eight Mansions / Lunar Mansions)本质是一套沿黄道(赤道)的恒星参照系,用以记录月亮在一个朔望月内逐夜东行所经过的位置,故名「宿」(意为驿站、过夜处)。每宿设一颗距星(determinative star)**作为该宿起算的基准,相邻两距星赤经之差即该宿的「赤道宿度」。这一以月行为基础的月站系统,与古印度的「纳沙特拉」、阿拉伯的月站(manazil)在功能上彼此呼应。

与西方星座的对照

中国星官	西方对应	说明
心宿二	天蝎座 α(Antares)	心宿的距星,夏夜红色亮星
参宿(部分)	猎户座腰带 ζ/ε/δ Ori 等	「参」对应猎户中段
昴宿	金牛座昴星团(Pleiades, M45)	即西方昴星团
北斗	大熊座七星	中国用于定季节、辨方位与定时

恒星命名

恒星除少数有专有名外,主要通过若干标准编号系统标识。同一颗亮星往往同时拥有专有名、Bayer 字母名、Flamsteed 数字名与多个星表编号(例如天津四:Deneb = 天鹅座 α = 天鹅座 50 = HR 7924)。常见系统及其规则如下。

Bayer 拜耳命名法(1603)

德国天文学家拜耳(Johann Bayer)在《测天图》(Uranometria, 1603)中提出:在每个星座内用希腊字母 + 星座拉丁文属格命名亮星。

排序大体按亮度等级(magnitude class):一等星先用靠前的字母(α、β、γ……),但存在大量例外,并非严格按视星等排序。
属格表示「属于哪个星座」,如 Orionis = 猎户座的、Lyrae = 天琴座的、Centauri = 半人马座的。
希腊字母(24 个)用尽后可接小写、大写拉丁字母;同一字母下的多颗星用上标数字区分,如 π¹、π² Orionis。

Betelgeuse(参宿四) = 猎户座 α = α Orionis
Rigel(参宿七)     = 猎户座 β = β Orionis   # 实际比 α 略亮,印证排序不严格
Vega(织女一)      = 天琴座 α = α Lyrae

Flamsteed 数字编号

弗兰斯蒂德(John Flamsteed)星表中的数字编号(星表出版于 1712/1725 年,数字实际由法国天文学家拉朗德于 1783 年整理添加)按赤经从西向东递增给每个星座内的恒星编号,与亮度无关。

61 Cygni(天鹅座 61)   # 一颗著名的高自行近距双星
51 Pegasi(飞马座 51)  # 首颗发现行星的类太阳恒星

当希腊字母不够用、或某星较暗未获 Bayer 字母时,Flamsteed 编号尤为实用。

变星命名

无 Bayer 字母的变星(variable star)使用阿格兰德(F. W. Argelander)设计的专用编号,在每个星座内按发现先后依次分配:

单字母:R S T U V W X Y Z(9 个)。选 R 起头,是因为很少有星座的大写拉丁字母 Bayer 名超过 Q,可避开与字母 Bayer 名及光谱型字母的冲突(并非取自「红 red」)。
双字母:RR…RZ, SS…SZ, …, ZZ,随后 AA…AZ, BB…BZ, …, QZ。两个位置均不用 J(因该系统诞生于使用花体字的德国,大写 I 与 J 难以区分),双字母共 325 个组合。
单、双字母合计 334 个组合用尽后,改用 V335, V336, … 的数字形式继续编号。

R Andromedae   RR Lyrae   V603 Aquilae

专有名与星表编号

系统	形式与含义	示例
IAU 恒星名	IAU 恒星名工作组(WGSN)审定的官方专有名,截至 2019 年初约 330 余个,多为肉眼亮星,常源自阿拉伯语	Sirius、Betelgeuse、Vega
HD	亨利·德雷伯星表编号,约含 35.9 万颗星	HD 209458
HIP	依巴谷(Hipparcos)空间测量星表编号	HIP 27989
HR	亮星星表(Bright Star Catalogue)编号,约 9100 颗肉眼可见星	HR 2061

恒星的视亮度用视星等度量,Bayer 排序与之相关但并不完全一致。

星图与星表简史

时期	成果	内容
公元前 2 世纪	喜帕恰斯(Hipparchus)星表	已知最早的系统全天星表尝试,并创立星等概念
约 2 世纪	托勒密《天文学大成》	载约 1022 颗星、48 星座,主导西方与阿拉伯天文逾八世纪
1603	拜耳《测天图》(Uranometria)	引入希腊字母 Bayer 命名法
1712/1725	弗兰斯蒂德《不列颠天图》	后据其编出 Flamsteed 数字编号
1771—1781	梅西耶(Messier)星表	约 110 个深空天体,M 编号
1888	新总表(NGC,Dreyer 编)	约 7840 个深空天体
1895—1908	索引星表(IC)	NGC 的补充,新增约 5000 余个天体

其中梅西耶星表值得说明:梅西耶本是彗星猎手,为避免把固定的模糊天体误认为彗星,才把它们逐一编号记录。因此 M 天体多为亮且适合小器材观测的星云、星团与星系(如 M31 仙女星系、M42 猎户星云、M45 昴星团),至今仍是入门观测的经典目标。NGC/IC 则系统得多,涵盖了绝大多数肉眼或小望远镜可见的深空天体,是现代星表与天体目录的基础。深空天体的物理本质可参见恒星物理与演化。

星图的赤经赤纬网格

现代星图叠加有赤道坐标系的网格,用于精确读取位置:

赤经(right ascension, RA):类似天球上的「经度」,沿天赤道度量,单位为时分秒(0h—24h),向东递增。星图上多为近似竖直的曲线。
赤纬(declination, Dec):类似「纬度」,从天赤道(0°)向北至 +90°、向南至 −90°。星图上多为近似水平的曲线。
星座边界正是沿 B1875.0 的赤经赤纬线铺设的,因此在标注 J2000 网格的星图上,边界与网格之间会有岁差造成的小角度偏移。
星图通常在图边标注 RA/Dec 刻度,并用不同大小的圆点表示星等,圆点越大代表越亮。

星桥法定位

在肉眼或小望远镜下,许多深空天体很暗,难以直接指向。经典的**星桥法(star hopping)**借助星图,从醒目的亮星出发,沿一串可识别的恒星逐步「跳」近目标。

确定跳板亮星:先用肉眼找到目标附近的亮星或易认图案(如北斗、夏季大三角)作为起点。
核对视场比例:确认星图上的视场圈与你的寻星镜或目镜的真实视场角一致,估计需要「跳」几步。
逐跳推进:沿星图标出的恒星链,一组一组地移动望远镜,每跳都与实际视野比对核对方向。
确认目标:到位后先用低倍寻找模糊光斑,确认后再换高倍细看。

星桥法对观测条件较敏感:观测条件较差(光害、低透明度)时,可作为跳板的暗星可能不可见,需选择更亮的恒星链或改用更大口径的寻星设备。

参考资料

IAU designated constellations — Wikipedia:88 个现代星座的历史、1922 年确立、托勒密与拉卡伊来源及 1930 年德波特边界划分。
IAU designated constellations by solid angle — Wikipedia:各星座面积排名与全天总立体角数据。
Stellar designations and names — Wikipedia:Bayer、Flamsteed、IAU 专有名及各类星表编号系统综述。
Variable-star designation — Wikipedia:阿格兰德变星命名法的完整字母序列与规则。
Chinese constellations — Wikipedia:三垣、四象、二十八宿星官体系、距星概念及与西方星座的对照。
The Constellations — IAU:IAU 官方关于星座定义、缩写与边界的权威说明。