1700937446
通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） [:1700937088]
1700937447
第五章 地球的周年运动及其结果
1700937448
1700937449
大家都知道地球不仅在自己的转轴上旋转，还环绕太阳作一年一次的公转。这种运动的结果——实际上是表明这种运动的现象——便是看起来好像太阳在众星之间每年环绕天球一周了。我们只要想象我们自己环绕太阳运动，并且看到太阳在向相反的方向运动，就不难知道一定会看出太阳在众星之间移动了，因为星辰比太阳要遥远得多。不错，这种运动不是立刻可以看出的，因为白昼看不见星。可是如果我们每天都守候着西天的某一颗星，就会看到它一天比一天落得早，换句话说，一天比一天更接近太阳——更确切些说，既然星的方位不变，太阳似乎就是向星辰的方向来的。这样一来，地球的周年运动就显然可知了。
1700937450
1700937451
假使我们能在白昼看见星辰，看它们散布在太阳周围，这种情形便会更加显然。我们定会看到，如果有一颗星在早晨与太阳同时升起，在一天之中，太阳就要渐向东去离开这颗星的。在太阳出没之间，太阳定会离开这颗星约有自己直径那么远的。到次日早晨，我们又会见到它已离这颗星很远，约有它的直径的2倍了。图4表示了春分时（3月21日前后）的这种情形。这种运动一月一月地继续不断。太阳离开这颗星环游一次天球，一年之后又回来与这颗星相会了。
1700937452
1700937453
1700937454
1700937455
1700937456
图4 太阳于3月21日前后经过赤道
1700937457
1700937458
太阳的周年视运动
1700937459
1700937460
上述情形的原因可从图5看出来，图中表示地球绕日运行的轨道用遥远的星辰做背景。当地球在A的时候，我们看见太阳在AM线上，好像它正在星辰中间的M点上一样。地球由A到B，太阳也由M到了N，照这样继续一年下去。古人早已知道太阳的这种周年运动，但他们费了很大的劲才把这现象画出来。他们想象了一根线绕过天球，太阳便每年依这路线环游天球一次。他们把这条线叫做“黄道”（ecliptic）。他们还发现了行星也大致不差却并不十分准确地在太阳的轨迹上从众星之间穿行。他们又想象出一条带子把黄道线夹在中间并且包括了所有已知行星和太阳，这带他们叫做“黄道带”（zodiac）。这条带分为十二宫，每宫包含一个星座。太阳每月经过一宫，全年经过十二宫。这便是我们所熟知的黄道十二宫，宫名分别和其中的星座名相同。这可不完全跟现在的情形相符，因为有一种很缓慢的岁差运动在中间，不久我们就要说明这一点。
1700937461
1700937462
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。
1700937463
1700937464
1700937465
1700937466
1700937467
图5 地球轨道与黄道带
1700937468
1700937469
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。
1700937470
1700937471
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。
1700937472
1700937473
1700937474
1700937475
1700937476
图6 如何因黄道倾斜而有四季
1700937477
1700937478
1700937479
1700937480
1700937481
图7 春夏间太阳沿黄道的视运动
1700937482
1700937483
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。
1700937484
1700937485
1700937486
1700937487
1700937488
图8 3月到9月间太阳的视运动
1700937489
1700937490
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。
1700937491
1700937492
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。
1700937493
1700937494
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。
1700937495