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我们现在就可看出,我们说过的环绕全天球的两道圈是由两种绝不相同的方法定出的。天球赤道是由地球转轴的方向规定的,恰在两天极的正中间嵌入天球。黄道却是由地球绕太阳的运动来决定的。
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图5 地球轨道与黄道带
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这两道圈并不一致,却在相对的两点相交,约成23.5度的角,或者说约为直角的1/4。这个角便叫做“黄赤交角”(obliquity of the ecliptic)。要想正确明白何以发生这种情形,我们必须再说一下两天极。从我们已说过的话看来,不难知道两天极并不由天上的东西决定,却只是依据地球转轴的方向;它们不过是天上相对的两点正好和地球转轴成一直线罢了。天球赤道既是两天极正中间的大圆,也便自然是只由地球转轴的方向而定,跟别的毫不相干了。
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现在我们想象地球绕日轨道是水平的。我们可把它想象成一个将太阳安置在中心的平盘的圆周。我们再假定地球依这圆周运行,中心恰好在平盘上;那么,假如地球的自转轴是垂直的,它的赤道也一定是水平的并且与平盘在同一平面内,而地球一年围绕平盘一周的时候,中心也永远正对着太阳了。于是在天球上,由太阳的路程来决定的黄道也一定跟天球赤道是同一圆圈了。黄赤交角(黄道倾斜角)的来历便是因为地球轨道并不垂直得像刚才所假定的,却倾斜了23.5度。黄道对平盘的倾斜也就刚好是这么多,所以,这倾斜只是由于地轴的倾斜。与此相关的有一个重要的事实,在地球绕太阳旋转的时候,它的轴在空间的方向是不变的;因此,地球北极便有时偏向太阳有时偏离太阳了。这种情形见图6,图中表示刚才假想的平面盘,地球的轴偏向右方。不论地球在太阳的东西南北,北极的方向永远不变。
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图6 如何因黄道倾斜而有四季
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图7 春夏间太阳沿黄道的视运动
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要看出这种黄道倾斜的影响,我们可以假想在3月21日左右的一个正午,地球突然停止不旋转了,可是还继续环绕太阳运行。以后三个月内我们所见的便是图7的情形。图中假定我们正向南天望去。我们看到太阳正在子午圈上,乍一看似乎静止不动。图中表示天球赤道从东到西与地平相交,正如前面所说的情形,黄道与赤道相交于春分点。接着守候了约三个月的时间,我们就会看到太阳慢慢地沿着黄道走向写着“夏至点”的地方去。那一点是它途中最偏北的一点,它约在6月22日前后到达。
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图8 3月到9月间太阳的视运动
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图8使我们能继续追踪太阳三个月。经过了夏至点以后,它的轨迹又使它渐渐接近天球赤道,约在9月23日前后它再由天球赤道经过。这一年剩下一半的路程刚好是它前六个月所行路程的复制品。它在12月22日到达离赤道最南的一点,又在3月21日经过天球赤道。这些日期偶尔会有前后的不同,那是因为闰年的缘故。
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现在我们看到太阳的周年视运动的轨迹中有4点要注意:(一)我们开始守候的地方是春分点;(二)太阳行到最偏北的一点,又要开始返回而向南接近赤道时,那是夏至点;(三)正对着春分点的是秋分点,太阳在9月23日前后经过;(四)正对着夏至点而太阳最偏南的一点,那是冬至点。
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在两天极之间通过这些点与天球赤道成直角的时圈称为“分至圈”(col ure s)。通过春分点的二分圈,是赤经的起点,我们已说过了;与之成直角的是二至圈。
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现在我们再来说明星座与季候及每日时间的关系。假设今天太阳与一颗星星同时经过子午圈,那么明天太阳就要在该星的东边相距约一度远了,这就是说星要在太阳之前约4分钟经过子午圈;这种情形一天天继续下去,一直到一年以后两者又重新聚会,同时经过子午圈。这样一来,一颗星经过天空的次数要比太阳多一次了。这就是说:平年之间,太阳经过子午圈365次,一颗恒星就要经过366次。当然,如果我们取一颗南天的星来计算,它的出没次数又和太阳一样了。
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天文学家计算这种与太阳不同的恒星出没的时间是用的一种“恒星日”(sidereal day),这一日之长正好等于一颗星(或春分点)两次经过子午圈之间的时间。天文学家又将一恒星日分为24恒星时,再照常分为分秒。他们又用一种比普通时钟每天快3分56秒的恒星时钟来计算恒星时。所谓恒星午便是春分点经过当地子午圈的时刻。那时恒星时钟便是零时零分零秒。照这样安排下去,恒星时钟便正好和天球的视转动时间一致。我们的天文学家不怕如此麻烦,设计了这样一个恒星时钟,为的是能无论昼夜,只要向他的时钟一看,便知道什么星正经过子午圈以及各星座都在什么位置上了。
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四季
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假使地球转轴恰好与黄道的平面垂直,黄道便要与天球赤道相合,我们也便不会有四季之分了。太阳永远从正东方升起,向正西方落下,全年不变。地上的气候只会有稍微的变化,因为地球在1月比在6月离太阳略近一点。可是黄道既然倾斜了,那么,太阳在赤道北的时候(3月21日到9月23日)每天照耀在北半球上的时间便要比南半球长一些,而且与地面所成的角度也要大一些。在南半球上的情形便恰好与此相反。太阳从9月23日到翌年3月21日之间照耀地面的时间,南半球上比北半球上长些了。于是当北半球是冬季时,南半球便是夏季,彼此恰恰相反,这边夏季那边又是冬季了。
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真运动与视运动的关系
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在更进一步之前,我们不妨把我们所谈论过的现象总结一下。过去所说的是从两种观点出发的:一是地球的真运动,一是由这种真运动所引起的天体的视运动。
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真周日运动是地球绕自己的轴自转。视周日运动是因地球自转而生的星体现象。
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真周年运动是地球环绕太阳的公转。视周年运动是太阳在群星之间环绕天球。
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