> 為了說明和討論某些事物方便，我們常會定義一些名詞，這些名詞存在人的想像中，並無實物的存在。例如：地球的經緯度，就是一個例子。天球(celestial sphere或celestial globe)也是如此。

> 天球不同於、，它並沒有一個實體的存在，只存在人們的想像之中。古代西方有「九重天」的說法，認為地球是宇宙的中心，地球上方的天空有九層水晶球。由內到外，各層水晶球上分別嵌著月亮、水星、金星、太陽、火星、木星、土星(古代人不知有天王星、海王星、冥王星)，第八層水晶球上是所有的恆星，第九層上則住著天上的神祇。這些水晶球各自轉動，造成星球的移動，這是一種「天球」的觀念。
> 不同時代，不同地方的人們對「天球」有類似而模糊的觀念，認為天空上有球在繞著地球轉動。

> 如今我們已經知道的存在，知道行星是繞著太陽運轉的，知道恆星是不動的(嚴格來說，應該是：它們彼此相距遙遠，相對的移動比起相對的距離微不足道)，知道地球會自轉。
> 我們知道沒有「天球」的存在，但在天文學上，「天球」的觀點仍舊非常有用，我們仍舊用天球的模型來討論天象，祇是對天球有較嚴謹定義。

> | 天球是我們在地球上看到的天空，想像成無窮大的圓球，所有恆星都在天球上固定的位置，太陽系所有的星球(除了地球，包括太陽、月亮、八大行星和它們的衛星)都在天球上移動。
> | 從天球看來，地球不斷地在自轉。地球的自轉軸非常穩定，自轉軸所指的方向稱為天北極，在天北極方向的星稱為北極星(polaris或polar star)。(參考下文)
> | 雖然地球會繞著太陽公轉，但是地球軌道(乃至整個太陽系)相對於天球而言極其渺小。對天球而言，地球有自轉，沒有移動。
> | 從地球看天空上兩顆星星在同一方位，不表示兩顆星星相接近，它們通常都相距非常遙遠。

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從天球看，地球像是一個不會移動，但不停地在旋轉的陀螺。雖然說地球自轉軸非常穩定，但它還是有變化的，只是變化得很慢，在我們有生之年難以察覺。這變化稱為歲差(Precession)。
以25800年為週期，地球自轉軸所指的方向，在天球天北極處形成一個圓錐形(圓錐的張角是23.50 )，如下圖：

目前地軸指向小熊座α星(小熊星座裡最亮的星)，因此我們一般稱的北極星就是指這顆星。
但是在西元前3000年，地軸指向天龍座的α星(我國稱右樞星)，那時的「北極星」是這顆星。
而西元14000年左右，就要輪到織女星(天琴星α星)來當北極星了。

(註1) 一個星座裡的星星依亮度用希臘字母編號為α、β、γ……。因此小熊座α星就是指小熊星座裡最亮的那顆星。 (註2) 北極星未必正好在天北極上，我們是以最接近天北極而又夠明亮的星做為北極星。

> 宇宙有多大？沒有人能回答這個問題。即使有天文學家給一個數字，我們也無法想像數字所代表的意義，這完全超乎我們想像能力之外。因為即使對地球大小，我們的認知也是非常有限的。對許多人來說，地球的大小可以如此來體認：在赤道上空，搭乘一個時速1000公里的民航機，大約40小時可以環繞一圈。
> 在天文學裡，我們也是以航程來表示距離。

> 地球到太陽的平均距離約1億5千萬公里，稱為一個(Astronomical Unit 簡稱AU)。
> 如果把冥王星看成太陽系邊界，太陽系半徑約有40個AU。

> 出了太陽系，宇宙就變得太遼闊，用AU來表示距離就不切實際了。用的是大家熟知的光年(Light year)；光一年所走的距離。
> 根據愛因斯坦的相對論，光速是一切物質速度的極限，沒有東西能比光走得更快。

> | 光速是300,000公里/秒。
> | 地球赤道長4萬公里。因此，一秒鐘光可繞地球7圈半。(無線電波和電線中傳遞的信號(如電話)也是這個速度，因此我們打越洋電話感覺和打市內電話一樣，不覺得有延遲。但是網路電話(Internet Phone)所傳送的語音必須經由電腦處理，將類比信號數位化，經網路傳送後，再轉換回類比信號，延遲非常明顯。)
> | 太陽光從太陽發射到達地球須要150,000,000公里/(300,000公里/秒)約500秒，將近8分鐘半。到達冥王星約需350分，將近6小時。

> | 物理上來說，一光年的公里數是 3*105公里/秒*3.156*107秒/年=9.5*1012公里
> | 假設以12小時光行距離做為太陽系直徑，則一光年約是太陽系直徑的730倍。 365日/12小時=730 一光年約 = 太陽系直徑的 730 倍 = 63270AU。

> 我們由太陽系往外延伸，來看這問題。

> 我們說：太陽是一個恆星。

> 我們說：除了行星外，太陽、月亮，我們肉眼能看到的恆星有 4000個。

> (一般說法是，我們看半個天球，肉眼可看到2000顆星星。因此，整個天球上，我們能看到的星星約是4000顆)

> 我們的太陽系和我們看得到的 4000顆恆星都屬於銀河星系(Milky Way Galaxy)，而且是銀河星系微不足道的一小部份，因為整個銀河星系有超過2000億顆恆星。(因此我們看到的4000顆星星只是銀河星系的5000萬分之一。2000億是一個估計值，當然不可能有人一顆一顆去數)。

> 因為我們位在銀河系內，無法由銀河星系外看整個銀河的外觀。但天文學家仔細研究後，認為銀河系外觀類似下圖：

> 銀河星系形狀像飛碟，直徑約有 10萬光年，厚度約1萬光年，呈螺旋狀。太陽系在一個螺旋臂裡，距銀河中心約3萬光年。

> 最接近太陽系的恆星是

半人馬座的比鄰星(亮度是11星等，肉眼看不到)，它距離太陽系約4.2光年。(著名的天狼星是8.6光年，織女星是25光年)

> 「不識盧山真面目，只緣身在此山中。」

> 位在銀河星系裡的太陽系裡的地球上，我們仰望天空，除了較近較亮的約 4000 顆星星外，銀河星系其餘的部份在天空就成了長條霧狀的銀河(Milky Way)。銀河星系的中心在人馬座(亦稱射手座)附近，銀河在那一帶顯得較明亮。

> 銀河星系已經大得難以想像了(2000億顆太陽)。但是銀河星系與整個宇宙相比卻又不值一提了。

> 大部份人都知道在太空中有一個「哈伯望遠鏡」，它穿出大氣層，直接在外太空瞄向宇宙，送回圖片，開啟天文學的另一紀元。

> 美國天文學家哈伯(Edwin Hubble 1889-1953)是天文史上極重要的人物，有人如此說：天文學的考試裡，屬於二十世紀的發現，若問發現的人是誰，只要答「哈伯」，對的機會就超過一半。

> 在 1924 年以前，天文學家心中的宇宙就是銀河星系本身，在這一年裡，哈伯檢視一些所謂星雲(neblubas，凡是天空的一角，有一塊模糊的東西，不知它是什麼，就先稱之為nebulas)，證實它們遠在銀河星系之外，根本就是另一個星系。這個發現一下子就把宇宙加大了。(在小學的自然課裡，如果老師告訴我們，太陽和月亮距離地面一樣遠，我們應該不會有異議。看起來都很遙遠的東西，要得知它們真正的距離是很困難的工作。)

> 此後，天文學家努力地研究銀河星系外的世界，在 1996年前估計宇宙中有100億個星系。在1996年，由於哈伯望遠鏡將宇宙打開一個窗口，為人類配上一副好眼鏡，天文學家根據新的資料將100億這個數字，大幅修正為500 億。

> 一個星系(銀河系)有 2000億個太陽已無法想像，500 億個星系，除了上帝誰也不知道這到底是多大。

> 天文學家還是很努力地估算出宇宙的半徑，就叫做哈伯半徑(Hubble radius)，目前的估算值是120億到160 億光年。

> 哈伯的一項重大發現是：宇宙正在膨脹中，遙遠的星系都在離我們而去。由此而推測宇宙是由一個大爆炸(Big Bang)開始的。(大爆炸之前又是什麼情形，如果有人說他知道，應暫可不必理會)。

> 如果說宇宙的年紀是由大爆炸開始算，有人估計大爆炸約發生在 100億到200億年前。這個年紀還是以哈伯命名，叫做哈伯時間(Hubble time)。

> 至於太陽系有多大年紀，科學家估計約是 45億年。