冬季星座：寻找猎户座、大三角与大六边形

夜空呈现什么

晴朗的冬夜，整片夜空中最明亮的区域就在南方。猎户座的腰带由三颗星排成一线，是最容易辨认的图案；周围闪耀着天狼星、南河三、毕宿五、五车二、北河三和参宿七，这一带聚集了七颗在各地都很明亮的恒星。本展品让你置身于这片天空的中心。选择 2026 年 11 月 1 日至 2027 年 3 月 13 日之间的日期、时刻和八座城市之一，Yale Bright Star Catalogue 中所有 6.0 等或更亮的恒星，就会出现在当时的真实位置。再开启真实距离，天空便会散开：有名称的恒星沿各自的视线移动到根据实测视差算出的距离，刚刚找到的图案，原来是由彼此毫无关联的恒星组成的。

场景和面板里的数字，要么是已发表的数值（星表坐标、星等、视差、参宿四的实测亮度、波特尔等级的极限），要么由这些数值推算而来；后一种情况会注明「计算值」。这里没有凭猜测补上的数值。

怎样找到猎户座

寻找三颗亮度相近、排成短直线的恒星。那就是猎户座腰带，长度约为 3°，大致相当于伸直手臂时两根手指的宽度。在腰带左上方（从北半球看），有一颗泛红的恒星参宿四，代表猎人的肩膀。右下方是一颗蓝白色恒星参宿七，代表他的膝盖或脚。另一侧的肩膀是参宿五，另一侧的膝盖是参宿六。这四个角与腰带一起，构成了大多数人熟悉的沙漏形状。

这些颜色是真实的。星表中参宿四的色指数 B−V 为 1.85，表示它发出的红光远多于蓝光；参宿七的 B−V 为 −0.03，是一颗蓝白色恒星。场景里每颗星都根据星表中的 B−V 着色，因此即使在屏幕上也能看出差别。

在北半球中纬度地区，1 月中旬晚上 10 点左右、2 月中旬晚上 8 点左右，猎户座高悬于南方。11 月初，它在深夜才升起，午夜后最适合观看。由于腰带几乎位于天赤道上，在地球各处，它都从接近正东的方向升起，在接近正西的方向落下。

猎户座的腰带与佩剑

腰带三星从东向西依次是参宿一、参宿二和参宿三。位于中间的参宿二在星表里最亮，为 1.70 等；参宿一为 2.05 等，参宿三为 2.23 等。三颗都是炽热的大质量恒星，光谱型为 O 型和 B 型。

腰带下面垂着一列更短、更暗的星，那是猎户座的佩剑。在黑暗地点，即使用肉眼看，中间的那颗「星」也略显模糊。它是编号为 M42 的猎户座大星云，一团由内部年轻而炽热的小型星团照亮的气体和尘埃，这个星团叫作梯形星团。场景中用柔和的粉红色光晕描绘它；光晕只是示意，并非实测亮度。

腰带也可以指路。沿着它向左下方延伸（从北半球看），就会找到夜空中最亮的天狼星。向右上方延伸，则会找到金牛座橙色的眼睛毕宿五，再往前是小小的昴星团。

冬季大三角

从参宿四连到天狼星，再从天狼星连到南河三，最后回到参宿四，就构成了冬季大三角。这是一个很大的、接近等边的三角形，每个顶点属于不同的星座：参宿四属于猎户座，天狼星属于大犬座，南河三属于小犬座。NASA 的 Night Sky Network 将这三颗星列为南河三、天狼星和参宿四。

这个三角形说明，天空中的形状取决于观察者的位置。天狼星离我们约 8.6 光年，南河三约 11.5 光年，它们是距离我们最近的亮星中的两颗。按 Hipparcos 视差计算，参宿四约在 500 光年外，其他研究给出的距离还要更远。从侧面看，就像距离视图所显示的，这个三角形是一个细长的尖形，两个顶点几乎就在脚边，另一个则远在天边。

冬季大六边形

猎户座周围，六颗亮星围成一个大得多的环：参宿七、毕宿五、五车二、北河三、南河三和天狼星。这个环叫作冬季大六边形，也叫冬季大圆环。NASA 的 Night Sky Network（2024 年 1 月）列出了这六颗星。NASA 的 Astronomy Picture of the Day 则曾用北河二作为双子座这一角，同时提到旁边的北河三；双子座的这两颗星相邻，因此不论选哪颗，环的样子都差不多。

这个六边形很大。从参宿七到五车二横跨超过 50° 的天空，得转动头部才能看全。在场景中开启六边形，再按部件列表中的六边形，将视野转向它的中心。它包含了北半球中纬度冬季可见的最亮恒星中的六颗，因此即使在城市里也很醒目。

其他冬季星座

猎户座有五个明亮的邻居，开启星座连线后，场景会为每个星座画出简略图形。下面所有星等都是星表中的 V 星等，距离则由 Hipparcos 视差计算得出。

金牛座位于猎户座的右上方。它最亮的恒星是橙色的毕宿五，为 0.85 等，距离约 67 光年。周围较暗的恒星排成松散的 V 字形，描出牛的脸；沿同一方向再往前，昴星团像一只小勺子。1.65 等的五车五标出一只牛角的尖端，同时出现在金牛座和御夫座的连线图里。

御夫座是一个大五边形，1 月时从北方城市看，它高悬于头顶。五车二为 0.08 等，是夜空中第六亮的恒星，距离约 43 光年；五车三为 1.90 等，距离约 81 光年。

双子座有两颗并排的明亮头部。北河三（1.14 等）较亮，尽管它的拜耳字母是 β；北河二（1.98 等，字母为 α）反而较暗。北河三距离约 34 光年，北河二约 51 光年。

大犬座除了天狼星，身体和腿部还有几颗亮星：弧矢七（1.50 等）、弧矢一（1.84 等）和军市一（1.98 等）。弧矢一看起来并不起眼，但按视差计算，距离约 1,610 光年；它是一颗黄色超巨星，实际远比天狼星明亮。根据星等和这一距离计算，它发出的可见光约为天狼星的 1,600 倍（考虑视差误差，大约为 1,000 至 2,000 倍）。小犬座只有两颗容易注意到的恒星：南河三（0.38 等）和南河二（2.90 等）。

用面板里的星图比较它们：按距离排序，会发现顺序与按亮度排序毫无关系。

何时、何地观看

天空每个恒星日绕天极旋转一周，恒星日长 23 小时 56 分钟。同一颗星每晚升起、过中天和落下的钟表时刻，都比前一天约早 4 分钟，累积起来每月约早 2 小时。因此猎户座在 11 月要等到午夜后才适合看，1 月在晚间较晚时可见，到 3 月则在入夜不久就能看到。

下表使用本展品的天空计算方法，给出三个日期猎户座腰带（参宿二）经过子午线的当地钟表时刻。这些都是计算值。

首尔和东京都采用 UTC+9，但首尔位于该时区更偏西的位置，所以过中天的时刻更晚。雷克雅未克远在格林尼治以西，却采用 UTC+0，因此在 12 月，那里的恒星在午夜后很久才经过子午线。

纬度决定猎户座能升多高。恒星的最大地平高度是 90° 减去观察者纬度，再加上恒星赤纬。参宿四的赤纬为 +7.4°，因此从首尔（北纬 37.6°）看，它最高约达 59.8°，从伦敦看约 46°，从雷克雅未克看约 33°。在几乎位于赤道上的新加坡，腰带几乎从头顶经过。

在南方颠倒过来

赤道以南，同样的冬季恒星变成了夏季恒星，位于天空的北半部。因为你面向北方而非南方，整个图形也就倒转过来：在悉尼，猎户座看起来上下颠倒，参宿七在上，参宿四在下。从北半球看垂在腰带下方的佩剑，在南半球看则朝上，天狼星也从猎户座下方变到了上方。

在场景中选择悉尼，朝北看就能看到。恒星完全相同，变化的只是你在地球上的位置。夜空中第二亮的老人星，在悉尼也升得很高。在首尔，即使到达最高点，它仍略低于地平线（按上述公式，未考虑折射时约为 −0.3°）；在伦敦，它更是远离地平线下方。

场景怎样放置恒星

场景采用 Jean Meeus 的 Astronomical Algorithms 中的标准方法。首先把日期和钟表时刻转换为世界时下的儒略日数，再由此得到格林尼治平恒星时（Meeus 公式 12.4），加上城市经度得到当地恒星时。每颗恒星的时角等于当地恒星时减去赤经，再用两条球面三角公式，将时角、赤纬和纬度转换为地平高度与方位角。

本展品的计算复现了 Meeus 的例题结果：1987 年 4 月 10 日世界时 0h 的恒星时 13h 10m 46.3668s，同日世界时 19:21 的 128.7378734°，以及例题 13.b 中在华盛顿看到的金星地平高度 15.1249° 和方位角。参宿四在首尔的最大地平高度也算得 90 − 37.57 + 7.407 = 59.84°。决定暮光颜色的太阳位置，采用 Meeus 的低精度方法（第 25 章），并与例题 25.a 核对。

这里省略了两种效应。星表坐标对应 2000 年，岁差使天空自那以后移动了约 0.4°，幅度太小，在场景中看不出来。折射会让地平线附近的恒星升高约半度，这里也未考虑。

恒星列表

恒星数据来自 Yale Bright Star Catalogue 第五次修订版（Hoffleit 和 Warren，1991）。它列出 9,110 个天体，基本涵盖所有 6.5 等或更亮的恒星，是肉眼恒星的经典星表。这里使用 Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics 分发的版本。场景选取其中所有 V 星等为 6.0 等或更亮的条目，共 5,080 颗恒星，并采用其 J2000 坐标、V 星等和 B−V 色指数。

任何时刻约有一半恒星位于地平线上方。读数会统计数量：在首尔，1 月 15 日晚上 9 点约为 2,540 颗。这是根据列表计算的数量，不是实际观测值，也是使用这份列表在完美天空下能显示的上限。真实观测者在非常黑暗的地方能看到比 6.0 等更暗的星，波特尔等级的极限更可达到 8.0 等，但这份列表止于 6.0 等，所以比 5 级更暗的设置不会在场景中增加恒星。

星等与颜色

恒星亮度用星等表示，数值越大，恒星越暗。相差五个星等，亮度相差 100 倍，因此一个星等约对应 2.512 倍。天狼星为 −1.46 等，是夜空中最亮的恒星；场景里最暗的恒星为 6.0 等，约比天狼星暗 960 倍。

「V 星等」中的 V 表示亮度通过标准黄绿色滤光片测得，其响应接近人眼灵敏度。B−V 是蓝波段星等与 V 星等之差。炽热恒星发出更多蓝光，B−V 较小或为负；较冷恒星的值较大。参宿七（−0.03）是一颗炽热的蓝超巨星，而毕宿五（1.54）和参宿四（1.85）则分别属于较冷的红巨星和红超巨星。场景中，每颗星的色调通过标准温度公式由其 B−V 推得；色调是颜色的示意，并非对颜色的实测。

用视差测量距离

地球绕太阳运行时，附近恒星似乎会相对遥远恒星稍稍移动，六个月后又移回来。这种摆动的大小就是恒星的视差。视差为一角秒的恒星，距离为一秒差距，约 3.26 光年；视差减半，距离就加倍。

对于亮星，目前最好的成套视差数据仍来自 European Space Agency 的 Hipparcos 卫星，它在 1989 至 1993 年间测量恒星位置。Floor van Leeuwen 重新处理原始数据，于 2007 年发表新的归算结果。星图中 28 颗有名称恒星的视差及标准误差，取自 NASA 的 HEASARC 档案提供的这套新归算。页面上的距离用 1,000 除以以毫角秒表示的视差，得到秒差距，再乘 3.26 得到光年，并注明为计算值。

猎户座的恒星有多远

看起来成对的两侧肩膀，其实并非如此：参宿五的距离大约只有参宿四的一半。腰带是天空中最整齐的一行，但参宿三和参宿一在约 700 光年外，按视差计算，参宿二却几乎远至三倍。这就是距离视图要表达的意思：星座里的恒星通常只是碰巧位于大致相同的方向。

按下面板距离表中的任意名称，就会在距离视图中飞向那颗恒星，查看它的误差条。

为什么有些距离很不确定

视差是极小的角度。参宿二的视差为 1.65 毫角秒，大致相当于从超过 2,000 公里外看一枚硬币的宽度，而标准误差为 0.45。误差超过测量值的四分之一，又因为距离与视差成倒数关系，距离范围并不对称：近端约为 1,550 光年，远端约为 2,720 光年。参宿五的视差约为其八倍，误差却相近，因此它的距离可以确定到百分之几。

场景中的黄色条显示每颗有名称恒星的这一范围。开启真实距离，看看参宿二、伐三或弧矢二：它们的误差条长达数百光年。天狼星和南河三的误差条则短得看不见。

红超巨星尤其难测。参宿四本身在天空中的视圆面就很大，表面也不均匀，明亮斑块的出现和消失会改变光中心的位置，而这正是视差测量必须追踪的位置。

参宿四：一颗星，几种距离

参宿四是最明显的例子。Hipparcos 新归算给出的视差为 6.55 ± 0.83 mas，约对应 153 秒差距。2017 年，Graham Harper 及同事将 Hipparcos 测量与 VLA、e-MERLIN 和 ALMA 的射电位置结合，得到 4.51 ± 0.80 mas，即 222（+48，−34）秒差距，约 720 光年。2020 年，Meridith Joyce 及同事采用另一条路线：建立恒星演化和脉动模型，推导半径，再由此得到 168（+27，−15）秒差距，约 550 光年。

距离视图用参宿四视线上不同颜色的点，显示这三个结果。它们在误差范围内并不一致，而差异很重要：恒星的真实大小和亮度，进而它所处的生命阶段，都取决于距离。Harper 团队指出，参宿四约 44 毫角秒的角直径，是其视差的数倍，这也是测量如此困难的原因之一。

2019 至 2020 年的大变暗

参宿四是一颗变星，通常会在数月到数年间，在约 0.1 至 1.0 等之间缓慢变化。2019 年末，它开始暗得多。Villanova University 的 Edward Guinan 和 Richard Wasatonic 已对它测量了 25 年，他们在 The Astronomer's Telegram 报告，2019 年 12 月 7 日为 V = 1.12，12 月 19 至 22 日间为 1.273 至 1.294，2020 年 1 月 17 日和 18 日为 1.494 和 1.506，1 月 30 日为 1.614 ± 0.012。

最低点出现在 2 月。2020 年 2 月 7 至 13 日，平均值为 V = 1.614 ± 0.008，比 2019 年 9 月暗约一个星等，和参宿五一样暗。2 月 17 至 22 日，Guinan 团队、AAVSO 的 Thomas Calderwood 和 Texas A&M University 的 Donald Carona 测得 V 为 1.522 至 1.589：变暗已经停止。随着恒星恢复，Costantino Sigismondi 报告的目视估计为 3 月 23 日的 1.08 等和 3 月 31 日的 0.93 等。

面板中的光变曲线绘出了这些已发表数值。按任意数据点，可读到日期、星等、方法和出处电报。报告中只用「~」给出近似值的点，用空心表示。

变暗是什么造成的

European Southern Observatory 的 Very Large Telescope 在 2019 年末和 2020 年初拍摄的图像显示，恒星南半部变暗了。Miguel Montargès 及同事于 2021 年在 Nature 发表论文，认为一团尘埃在恒星这一侧前方形成。按 ESO 的解释，恒星曾抛出一个巨大的气泡；当下方一片表面冷却时，气体凝结成固体尘埃，挡住了部分光。团队发现南半球比平时暗约十倍。

这次变暗并不表示参宿四即将爆炸。预计它最终会成为超新星，但那是恒星生命的时间尺度，而非人类的时间尺度。

参宿四在 2026 年再次变暗

故事并未在 2020 年结束。Sigismondi 及同事报告，2020 年 8 月出现第二次、幅度较小的极小值，接近 V = 1.0，到 8 月 27 日恢复至 0.7。Guinan 团队此前已注意到，除主要脉动外，这颗星的亮度还存在约 5.9 年的长周期。2025 年，NASA 的 Ames Research Center 的 Steve Howell 率领团队，报告用 Gemini North 望远镜可能直接拍到了参宿四附近一颗暗淡的伴星；此前已有人提出，这样的伴星可能是该长周期的成因。

2026 年 10 月，Daniel Jadlovsky 及同事在 The Astronomer's Telegram 报告，参宿四再次变暗，在 2026 年 8 月至 10 月间从约 V 0.5 降至约 V 0.95，大气运动类似大变暗之前。不久后，Sigismondi 及同事报告，到 10 月中旬，亮度下降似乎已在接近 1.0 等处停止。光变曲线的第二个面板显示这些近似值。今年冬天看猎户座时，可以把参宿四与毕宿五（0.85 等）和北河三（1.14 等）比较，自己判断它的亮度。

猎户座大星云

猎户座大星云是离我们最近的恒星诞生地之一。射电望远镜通过追踪星团内部的年轻恒星，精确测量了它的距离。Karl Menten 及同事使用 Very Long Baseline Array，于 2007 年发表 414 ± 7 秒差距的结果，约为 1,350 光年。Marina Kounkel 及同事在 Gould's Belt Distances Survey 中使用更大的恒星样本，于 2017 年得到猎户座星云星团的距离为 388 ± 5 秒差距，约 1,270 光年。两个结果的差异超过各自误差，提醒我们：对于一片延展的星云，「距离」取决于测量的是哪些恒星。

场景的距离视图把星云放在 Menten 给出的距离，位于猎户座大多数亮星之外。因此，观看佩剑时，那片模糊光斑比参宿四、参宿七以及腰带上的参宿三和参宿一更远，但又比参宿二视差所提示的该星距离更近。

昴星团的距离争论

金牛座里形似小勺子的昴星团说明，即使精心执行的任务也可能出偏差。Hipparcos 结果把星团放在 120.2 ± 1.5 秒差距处，而其他方法给出约 133.5 秒差距。分歧持续了多年。2014 年，Carl Melis 及同事使用全球射电网络测量星团恒星的视差，得到 136.2 ± 1.2 秒差距，约 440 光年，使争论以较大距离值胜出告终。

星图列出这两个数值。对于本页单颗恒星所用的 Hipparcos 数值，这是一条有用的提醒：它们是这些亮星目前最好的可用数据，但视差毕竟是有误差的测量，有时还存在隐藏的偏差。

天狼星和南河三，近邻恒星

天狼星的 Hipparcos 视差为 379.21 ± 1.58 mas，对应距离约 8.6 光年，是距离太阳最近的恒星之一。南河三的视差为 284.56 ± 1.26 mas，距离约 11.5 光年。与视差本身相比，它们的误差很小，因此距离的不确定度远低于百分之一。

开启真实距离，冬季大三角的两个顶点会收拢到地球标记旁，参宿四则移向远处。毕宿五（约 67 光年）、五车二（约 43 光年）和北河三（约 34 光年）也很近；参宿七是六边形中唯一遥远的恒星。

光污染与波特尔等级

2001 年，业余天文学家 John Bortle 在 Sky & Telescope 发表了一套评估天空黑暗程度的九级量表。每一级都描述可见景象，并给出肉眼极限星等，也就是观察者能分辨出的最暗恒星。

光污染控件设置等级，场景会隐藏比该等级范围暗端更暗的所有恒星。在首尔，1 月 15 日晚上 9 点，8 级天空下，列表中约 430 颗星仍在地平线上方，9 级约 240 颗，而在能看到 6.0 等的完美天空下约为 2,540 颗（计算值）。猎户座的肩膀、膝盖和腰带都亮于 2.3 等，仍然可见。Bortle 指出，城市天空中，熟悉星座图形的一些恒星会消失；你可以看到金牛座和双子座中较暗恒星发生这种变化。

这样的天空有多普遍？Falchi 及同事于 2016 年发表的人工夜空亮度世界地图发现，全球超过 80% 的人口，以及美国和欧洲超过 99% 的人口，生活在受到光污染的天空下，超过三分之一的人类看不到银河。Christopher Kyba 及同事利用 Globe at Night 项目志愿者提交的肉眼恒星计数，于 2023 年发现，这些观察者看到的天空在 2011 至 2022 年间，每年约变亮 9.6%。

暮光与月亮

即使远离城镇，太阳也必须降到地平线以下很深，天空才会变暗。U.S. Naval Observatory 将天文暮光结束定义为太阳降至地平线下 18°；在这之前，最暗的恒星会被天光淹没。场景计算太阳地平高度，并在暮光出现时，让朝向太阳的天空变亮；这种亮光只是示意，不是实测天空亮度。把时钟设为 11 月的 18:00，西边的天空仍有光辉。

这里没有画出月亮。明亮月光会像光污染一样淹没暗星，所以若要观看最暗的天空，应选择接近新月的夜晚。

其他天空传统中的猎户座

许多文化对这片天空都有自己的图像。在韩国和中国的传统天文学中，天空分为三垣和 28 宿，猎户座的主要恒星构成参宿（韩语称 Sam，參宿，samsu）。National Folk Museum of Korea 指出，这一星宿的形状与西方猎户座几乎相同，所以很容易在古星图中找到。

Korea Heritage Service 介绍了《天象列次分野之图》，这幅星图于朝鲜王朝初期的 1395 年刻在石上，现藏于 National Palace Museum of Korea。图中将星宿分为四方，参宿属于西方白虎七宿。石刻共有 1,467 颗恒星，每颗都按亮度刻成大小不同的圆点。

星座与星群

International Astronomical Union 承认 88 个星座，它们是边界固定的天空区域，因此天空每一点恰好属于一个星座。连接恒星的图形并非官方规定，每本星图都可以有自己的画法。本场景的连线由展品自行绘制。

不属于这 88 个星座的恒星图案，例如冬季大三角、冬季大六边形和猎户座腰带，称为星群。NASA 的 Night Sky Network 将这三者都描述为星群。它们可以跨越星座边界，大三角和大六边形就是如此。

模型简化了什么

• 坐标为 J2000 星表坐标，不考虑岁差、自行、章动、光行差或折射。在所示日期内，这些位移中最大的也不到半度。
• 暮光、银河和城镇灯光都是示意，并非实测天空亮度。未显示月亮和行星。
• 屏幕上的恒星大小随亮度增加，便于一眼比较星等；肉眼所见的恒星只是光点。
• 恒星列表止于 6.0 等。非常黑暗的天空下可以看到更多恒星。
• 距离视图中的距离由 Hipparcos 视差计算，并沿各自视线按比例绘制，1 个场景单位对应 10 光年。猎户座大星云和昴星团采用上文提到的射电视差。
• 在 2026 年 11 月 1 日至 2027 年 3 月 13 日之间，各城市时钟采用当地标准时间（悉尼采用夏令时）。