自行運動

**自行**是恆星相對於太陽系的質量中心，隨著時間變化的推移所顯示出在位置在角度上的改變，它的測量是以角秒 / 年為單位（3600 角秒等同於角度的 1 度）。反之，徑向速度是在視線方向上天體接近或遠離的速度，隨著時間推展的變化率，通常是測量輻射中的都卜勒頻移。自行不是恆星的本質（即恆星的內稟性質），因為它包含了太陽系本身運動的元素在內。由於光速是有限的，遙遠恆星的真實速度很難觀測得到，觀測自行反映的是恆星當時輻射光的運動。

自行的測量需要排除下列會影響觀測天體位置座標值的因素，這些因素主要有：

* 周日運動
* 視差
* 分點的歲差
* 章動
* 光行差

## 介紹

在幾個世紀的過程中，星星彼此之間似乎都保持著固定的相對位置，因此在有歷史的時間裡，它們形成的星座也是相同的。例如，大熊座，看起來仍然與數百年前一樣。可是，精確的長時間觀察顯示星座的形狀有所改變，每顆恆星都有自己的運動。

這種運動是由恆星相對於太陽的真實運動，和太陽系穿越空間造成的。太陽以大約 220 公里 / 秒的速度，在與中心距離大約是 8,000±650 秒差距的一個近似圓的軌道（稱為**太陽圈**）繞著銀河系的中心運動，這可以視為銀河系本身在此半徑上的旋轉速度。

對自行的測量需要兩個量：**自行角**（位置角）和**自行**本身。第一個量指示出在天球上運動的方向（以天球北方為 0 度），90 度是朝向東方，餘依此類推，第二個量表示運動的程度，單位是毫角秒 / 年（mas）。

自行也可以表示為每年在赤經（_μα_）與赤緯（_μδ_）上改變的角度。在天球上，位置是以赤經和赤緯設定的。座標的 δ 對應於緯度，座標的 α 對應於從春分點 _V_，太陽約在每年 3 月 21 日穿越赤道的位置，量度得到的經度。

自行的分量元件如下所顯示的，假設某個天體的位置在一年的時間從座標（α, δ）移動到（α1, δ1），並以弧秒為單位測量角度。則每年的角度變化是：

　
: $\ \mu _{\alpha }=\alpha _{1}-\alpha \ $

　
: $\ \mu _{\delta }=\delta _{1}-\delta \ .$

自行的大小 _μ_ 是它的元件（分量）向量和：

　
: $\ \mu ^{2}$ $={\mu _{\delta }}^{2}+{\mu _{\alpha }}^{2}\cdot \cos ^{2}\delta \ ,$

此處，_δ_ 是赤緯。在算式中的 _cos δ_ 是因為球體表面至軸的半徑事實上是隨 _cos δ_ 而變，例如在極點為 0。因此，平行於赤道的速度分量在相當於 _α_ 的角度，變化是越往北的位置越小。_μα_ 的變化，必須乘上 _cos δ_ 才能成為自行的分量，他有時稱為「赤經自行」，而 _μδ_ 稱為「赤緯自行」。

位置角 _θ_ 與這些元件相關：

 $\ \mu _{\delta }$
 $=\mu \cos \theta \ $ 
 $\ \mu _{\alpha }\cos \delta $
 $=\mu \sin \theta \ .$

巴納德星是目前所有已知恆星中自行最大的，每年以 **10.3 角秒**的速度移動。自行越大，通常暗示一顆星相對離太陽系越近。這的確是巴納德星的情況，它距離我們只有大約 6 光年，是除南門二系統（半人馬座 α 三合星）外，距太陽系第二近的恆星。但由於屬於紅矮星，亮度只有 9.54 星等的大小，光度微弱，沒有大口徑望遠鏡或者高倍雙筒望遠鏡無法觀察。

在 1992 年，天鷹座 ρ 成為第一顆因為自行而移入另一個星座，導致原有名稱無效的恆星，它現在是海豚座的恆星。下一顆這樣的恆星將會是雕具座 γ，它在 2400 年將成為天鴿座的恆星。

在 1 光年的距離上，每年 1 角秒的自行相當於每秒 1.45 公里的橫向速度。對巴納德星而言，這相當於每秒 90 公里；加上每秒 111 公里的徑向速度（垂直於橫向速度），可以得到它實際上的運動速度相當於每秒 142 公里。真實的或絕對的運動速度比自行更難測量，因為真正的橫向速度涉及測量自行的時間和距離；也就是說，真正的速度測量取決於距離的測量，而一般很難測量出距離。目前，在鄰近的恆星中速度最快的（相對於太陽）是沃夫 424，它的速度是每秒 555 公里（或是光速的 1/540）。

## 在天文學的功用

有高自行的恆星多半是鄰近的恆星，而大多數的恆星都遠得足以使他們的自行變得很小，數量級為每年只有數毫角秒。高自行的恆星可以經由相隔數年的巡天攝影獲得樣品的結構。帕洛瑪巡天是這種圖像的來源之一。在過去，搜尋高自行的天體都是使用眼睛透過閃爍比對器比對影像，但使用現代化的技術更有成效，像是圖像差分，自動搜索數位化的影像資料。由於選擇偏誤的結果，高自行的樣品是易於理解和高質量的，它或許可以用來建立恆星族群的普查 － 例如，在每個真實的光度星等有多少的恆星。這一類的研究可以顯示在本地群的恆星族群，主要是本質暗淡、不顯眼的恆星，像是紅矮星。

在遙遠的恆星系統中，像是球狀星團，量測大量恆星自行的樣本，經由萊昂納德・梅里特質量估計可以用來計算集團的總質量。與恆星的徑向速度結合在一起，自行可以用來計算集團的距離。

利用恆星自行已經推算出銀河中心存在著超大質量黑洞。這個黑洞被懷疑就是人馬座 A\*，質量為 2.6×106 M☉，此處的 M☉是太陽質量。

Röser 曾仔細的研究本星系群星系的自行。在 2005 年，第一次測量出三角座星系 M33 的自行。M33 是本星系群第三大的星系，也是唯一的普通螺旋星系，與銀河系的距離約為 860± 28 千秒差距。雖然知道距離大約 786 千秒差距的仙女座大星系也在運動，並且預測在 50 至 100 億間會發生仙女 - 銀河碰撞，但是它的自行仍然不清楚，而估計橫向速度的上限大約是 100 公里 / 秒。在 1999 年，獵犬 II 星系群中的星系 NGC 4258（M106）的自行被用來測量這個星系群的精確距離。測量星系的徑向運動，直接可以知道該星系是向我們接近還是遠離，並且假設集團中只有自行的物體也適用同樣的運動，由觀測到的自行測量到這個星系群的距離為 7.2±0.5 Mpc。

## 歷史

早期的天文學家（公元 400 年的馬克羅比烏斯（ Macrobius））曾經懷疑恆星有**自行**。但是直到 1718 年愛德蒙・哈雷注意到天狼星、大角星和畢宿五的位置與約 1850 年前的古希臘天文學家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差，才得到證實。

「自行」這個名詞源自法文的 _propre_，意思是「歸屬於」，所以在天文學中沒有「不當運動」這樣的名詞。

在 2005 年發表的研究報告，現代天文學家已測出第一個外星系（三角座星系）的自行運動數據。

## 已知自行最大的恆星

下表是在《依巴谷星表》內已知自行最大的一些恆星，但不包含像蒂加登星那些雖在星表中，但光度太暗淡的恆星。

## 軟體

有許多的軟體產品，它們可以讓人們查看不同時間尺度下的恆星自行。下面是兩個免費的：

* Moovastar –自由軟體，視窗板，非常基礎的。你可以選擇天空中的一個區域，設定極限星等和時間的序列（時間間隔、時間步數、數量步數）。這個程式將模擬恆星的運動，並有清楚的功能說明。
* HippLiner （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 自由軟體，視窗板，有些複雜，有一些漂亮的顯示。仍在發展，須要有更多的導航和功能配置。

## 相關條目

* 太陽向點
* 萊昂納德・梅里特質量估計
* 甚長基線干涉儀
* 星系自轉問題
* 天球坐標系統
* 銀河

## 參考文獻

## 外部連結

* Hipparcos: High Proper Motion Stars （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Edmond Halley: Discovery of proper motions （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）