星空與時區問題

作者：王一哲　　　　　日期：2018/11/11

最近學校剛考完第2次學測模擬考，其中有一題天文的題目幾乎沒有學生答對，題目的大意是：

某個學生在臺灣（北緯23度）晚上8點時看到位於天頂的星座，如果他兩個月後在日本（北緯43度）晚上11點觀星，是否能在天空中找到同一個星座？

這個題目會用到周年運動、周日運動以及時區是否會影響所見星空等觀念，答對率一定不高，這是意料中的事。為了能更具體地解釋這個題目，我利用 Stellarium 按照題目的條件設定，將模擬的星空畫面截圖。

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1. 假設某人於2018年6月27日20:00於鹿林天文台觀星，所見星空如下圖所示，圖中的下方是南方，天頂附近是牧夫座的下半部。

2018年6月27日20:00於鹿林天文台所見星空（天頂）

2. 一樣是2018年6月27日20:00，但是地點改成札幌市（43°04’00”N，141°21’00”E），時區也設定為 UTC+9，另外 Stellarium 軟體內建的觀測地點中有東京（35°41’22.20”N，139°41’30.16”E），我就順便把東京所見的星空也截圖下來。從圖中可以看到，在同一天的不同地點於20:00所見的星空幾乎一樣，但是因為緯度不同所以仰角有一點不一樣。

2018年6月27日20:00於札幌市所見星空（天頂）


2018年6月27日20:00於東京所見星空（天頂）

3. 將時間改為2018年8月27日20:00，於札幌市和東京所見的星空，天頂附近已經不是牧夫座。因為周日運動的關係，同樣的星空每天會提早4分鐘升起，假設一個月有30天，經過兩個月也就提早了240分鐘升起，所以牧夫座位於天頂的時間應該是16:00左右。因為周日運動的關係，20:00牧夫座已過天頂，繞天北極旋轉了
   15∘×4=60∘

2018年8月27日20:00於札幌市所見星空（天頂）


2018年8月27日20:00於東京所見星空（天頂）


2018年8月27日16:00於札幌市所見星空（天頂）


2018年8月27日16:00於東京所見星空（天頂）


2018年8月27日20:00於札幌市所見星空（牧夫座）


2018年8月27日20:00於東京所見星空（牧夫座）

4. 將時間改為2018年8月27日23:00，於札幌市和東京所見的星空，只能在西方地平面附近找到牧夫座的上半部。一樣是用周日運動來計算，牧夫座於16:00位於天頂附近，到23:00已經過了7個小時，繞天北極旋轉
   15∘×7=105∘
   落到西方地平面下方。

2018年8月27日23:00於札幌市所見星空（西方地平面）


2018年8月27日23:00於札幌市所見星空（西方地平面且去除地面）


2018年8月27日23:00於東京所見星空（西方地平面）


2018年8月27日23:00於東京所見星空（西方地平線面且去除地面）

結語

這個題目真的很難，需要用到的觀念很多，希望用 Stellarium 截圖能讓這個題目更好理解。

HackMD版本連結：https://hackmd.io/s/SJdrT7Sam