作者：黄媂

行星除了绕日公转，还有本身的自转，以地球为例，所观察到的所有天文现象，都是由于地球的自转和公转引起的，由于地球自转所观察到的现象叫做“周日视运动”，地球自转看起来就像是整个天球都在转，天球的旋转中心在北天极，就是北极星附近，北天极实际上就是地球北极在天球上的投影，由于相对运动，所以看起来天空中所有的恒星都是围绕着这个北天极在旋转的。

由于公转所观察到的现象叫做“周年视运动”，最直接的影响就是一年四季的变化，具体现象就是黄道的发现，古人发现太阳在恒星天上的这个位置，每天都会出现一些细微的差距，大约就365天左右才会回到原来的位置，这就是一年。

(资料图片)

古人对“年”时间概念的定义：

第一种（恒星周期），就是通过太阳在恒星天上行走一圈的周期。

第二种（立竿见影），夏天正午的太阳升得最高，冬天正午的太阳相对比较低，高低就是仰角，正午12点抬头看太阳的角度就是仰角。

古人在地上竖直立一支竹竿，太阳越高，竹竿的影子越短，太阳越低，竹竿的影子就越长，古人就把正午时分竹竿影子最短的这一天，也就是太阳最高的一天，叫做“夏至”，就是夏天来了。影子最长的那一天，就叫做“冬至”。古人就是把连续两次太阳到达最高的时候或者最低的时候，这个周期也叫做“一年”，因为这个周期恰好也是365天左右

（恒星周期）与（立竿见影）存在时间差

第一种（恒星周期）定义的年，通过太阳在恒星天上的位置变化来定义的年，本质是地球的公转，地球这个地球每公转一点，在地球上所看到的太阳在恒星天上的投影，它的位置就会变化一点，地球不停地公转，看起来就像是太阳在恒星天上移动，当地球公转一圈的时候，这个周期叫做“一恒星年”，大概是365.25636天。

而第二种（立竿见影）定义的年，本质是地球在水平方向上绕日公转，因为运动是相对的，假设太阳围绕地球转一圈，这就是一个“回归年”，这个轨道叫做“黄道”，这个轨道所在的平面就是“黄道面”，倾斜的面叫做“赤道面”，通过太阳高度定义的年，实际上就是由于地球的自转轴不是正好垂直于“黄道面”的，而是有一个倾斜的角度（66︒33＇）的，所以地球的赤道面和黄道面，实际上是存在一个夹角的，这叫就是“黄赤交角”，角度是23︒27＇。

正因为存在这个交角，才会存在四季的变化，这是四季形成的最根本的原因，当太阳直射北回归线，就意味着北半球接收到的太阳辐射就会更多，因为大气对于太阳辐射的折射和散射就会变少了，所以此时的北半球就是夏天。南半球就是冬天，恰好直射北回归线这一天，这就是北半球的夏至日，看到的太阳就最高。当太阳直射南回归线时，这就是冬至日，所以看到的太阳就最低。

通过这个立竿见影来制定的一年，也就是太阳连续两次直射北回归线或者是直射南回归线的这个周期，这种周期定义的一年叫做“一回归年”，大概是365.2422，相比“一恒星年”（365.25636天），恒星年和回归年每年相差了大概1224秒，就是回归年比恒星年短了20分钟24秒，这个现象在天文学上叫做“岁差”，一年差20分钟左右，不要小看这么微弱的差别，但是在很早之前，人们就已经发现这个岁差的存在了。

我国的古人也很早就发现了这个现象，并且我古人很聪明的，恒星年就叫做“年”，而回归年就叫做“岁”，最早就是通过立一根杆子叫做“圭表”，每年影子最长的时候“冬至日”对吧，到下一次的“冬至日”，叫做“一岁”，一岁严格来说就是经历了一回归年。

“圭表”

未解之谜·“恒星年”和“回归年”相差1224秒

根据上述“回归年”太阳围绕地球旋转，水平的面是“黄道面”，倾斜的面是“赤道面”黄道与赤道相交于两点，分别就是春分、秋分，所谓的“回归年”其实就是指太阳再次回到黄道上定点的时间，比如从春分点开始计算，到下一次春分为时间就是一个回归年。

同样是一圈的周期，为什么却短了1224秒？

唯一的原因就是这个春分点提前了，意思是太阳还没有围绕到一圈，就已经到了春分点了，因为春分点它向前移动了，这就是形成“岁差”的直接原因。

春分点为什么会向前移动呢？

其实不只是春分点，如把春分点定为0度，秋分点定为180度，这时所有的点都向前移了一点，所以古人把岁差叫做“分点岁差”，这个分点和太阳的运动刚好是相反的，把春分点和秋分点连成一条线，这条线它也是在轻微地转动的，这说明了地球的赤道面在旋转，或者说地球的赤道面的法线在旋转，也就是地轴在旋转。

红柱是地轴（地轴也会转动）

举例说明：

地球地轴的旋转就像一个陀螺一样。

地轴旋转的周期，也就是说地轴旋转一圈的周期是是25786年，这就是岁差的周期。地轴的转动在物理上叫做“进动”，所以造成岁差的根本原因就是因为这个地轴的进动。

“进动”与“章动”

因为自转轴和对称轴它存在一个夹角，所以存在扭矩，如果地球是竖直转动的，它就不会这个出现进动现象，但是旋转轴稍稍的倾斜一点，地球整体就会出现进动现象。其实不仅是自转轴的进动，地球的公转轨道也存在进动，叫做“近日点进动”，地球环绕太阳旋转的椭圆轨道，会整体有一点点移动。

地球相对于月球和太阳的位置有周期性的变化，地球所受到的来自月球和太阳的潮汐力作用，也会有相同周期的变化，使得地球自转轴的旋转会出现缓慢移动外，叠加上各种周期的幅度振动，一个小范围的波动叫做“章动”。

“进动”与“章动”会造成天极位置影响

进动、章动最直接的影响就是天极的变化，地球的自转轴在旋转，南北天极实际上也是在跟着出现位置变化，也就是说现在我们每年看到的北天极，它都不是去年的北天极了，而是每过 25786年才会又回到原来天极的原点。

从17世纪末开始，近代天文学得到了快速发展，附着科学水平与技术的提高，渐渐地解决了一些古人留下来的未解之谜。开普勒定律和万有引力定律出现之后，解决了测量地球的质量，以及如何测量天体之间的距离等一些难题，在未来还有很多有待用科学来解决的问题。

作者：黄媂·95后女·喜欢创作生物、化学、物理、地质和天文科学文章，欢迎关注互相学习。

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