<p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 歲歲夏至，今又夏至，二分二至（春分、秋分、夏至、冬至）四個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，幾千年來為人類預(yù)報(bào)春夏秋冬，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，記載和傳承歷史文化，.發(fā)揮著重作用。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 今年6月21日又迎來了乙巳年的夏至節(jié)氣，這天太陽黃經(jīng)90o；太陽直射地面的位置到達(dá)一年的最北端，幾乎直射北回歸線，此時(shí)，北半球各地的白晝時(shí)間達(dá)到全年最長。對于北回歸線及其以北的地區(qū)來說，夏至也是一年中正午太陽高度最高的一天。</span></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 所謂黃徑度數(shù)，實(shí)際上是在地球公轉(zhuǎn)軌上的一個(gè)以太陽為中心的分度盤，如圖一所示，由0o春分點(diǎn)開始，沿逆時(shí)針每15o一個(gè)節(jié)氣，共24個(gè)節(jié)氣，如90o為夏至，180o為秋分，270o為冬至，地球運(yùn)行至某個(gè)節(jié)氣點(diǎn)，就是某個(gè)節(jié)氣的開始。我們說“夏至太陽黃經(jīng)90o〞，就是說地球運(yùn)行到相距春分90o的夏至點(diǎn)。</span></p> <p class="ql-block"> 圖一. 二十四節(jié)氣在公轉(zhuǎn)軌道上的分布示意圖</p> <p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> </span><b style="font-size:22px;">春分點(diǎn) </b><span style="font-size:22px;">在公轉(zhuǎn)軌道上的位置並非人為地確定，它是地球在軌道上運(yùn)行時(shí)自然形成的。由于地軸指向北極星的方向，與軌道面垂直線構(gòu)成約為23.5o的夾角，亦即赤道平面與軌道平面形成約為23.5o的夾角，此夾角稱為“</span><b style="font-size:22px;">黃赤交角</b><span style="font-size:22px;">”，也稱“</span><b style="font-size:22px;">黃赤大距</b><span style="font-size:22px;">”。這個(gè)角決定太陽直射點(diǎn)移動的范圍，是四季變化的根本原因。如圖二所示，地球沿軌道運(yùn)行時(shí)，</span><b style="font-size:22px;">當(dāng)?shù)厍蛘蠘O在軌道面上投影的方向前進(jìn)，并且赤道面與太陽重合時(shí)，與公轉(zhuǎn)軌道相交于兩點(diǎn)，此時(shí)地球所在的一點(diǎn)即為春分點(diǎn)，</b><span style="font-size:22px;">另外一點(diǎn)為秋分點(diǎn)。</span></p> <p class="ql-block"> 圖二. 春分點(diǎn)及歲差形成示意圖</p> <p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> </span><b style="font-size:22px;">歲差及其成因</b><span style="font-size:22px;"> 歲差是地球自轉(zhuǎn)軸在太陽、月球等天體引力作用下產(chǎn)生的長期進(jìn)動，致使春分點(diǎn)沿軌道緩慢西移，使回歸年小于恒星年的一種天文現(xiàn)象。其周期為25800年。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 歲差源于地球赤道隆起部分受外部引力作用，導(dǎo)致自轉(zhuǎn)軸在空間描繪出園錐運(yùn)動，類似陀螺的圓心擺動，致使赤道面與軌道的交點(diǎn)即春分點(diǎn)“同步“沿軌沿順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 春分點(diǎn)每年西移的角度為：</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;">360*60*60/25800=50.23（角秒/年）</span></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 由于歲差現(xiàn)象，夏至點(diǎn)在地球公轉(zhuǎn)軌道上的位置不是固定的，而是緩慢的地向西移動，比如，在明末元初時(shí)，夏至點(diǎn)處于地球遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，時(shí)至今日遠(yuǎn)日點(diǎn)靠近小暑。有興趣的話，我們可以計(jì)算一下今年的夏至點(diǎn)在什么位置，距遠(yuǎn)日點(diǎn)有多大角度。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 今年遠(yuǎn)日點(diǎn)的時(shí)間是7月4日3時(shí)55分，小暑時(shí)間是7月7日4時(shí)04分43秒，時(shí)差為3天0時(shí)9分43秒，折算成秒數(shù)為</span><b style="font-size:22px;">259783</b><span style="font-size:22px;">秒。遠(yuǎn)日點(diǎn)的瞬時(shí)線速度為29.29千米/秒，地球運(yùn)行的速度是隨著日距減小而有所增大，但是遠(yuǎn)日點(diǎn)距小暑很近，速度變化非常微小，為簡化計(jì)算，這段距離可看做勻速運(yùn)動。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 設(shè)遠(yuǎn)日點(diǎn)線速度為V（.千米/秒），角速度為ω（弧度/秒）；日地距為R=152087737千米；遠(yuǎn)日點(diǎn)與小暑時(shí)差為t（秒），角度為θ（弧度），θo（o）；遠(yuǎn)日點(diǎn)與夏至的角度為α（o），求α，則 </span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;">?ω=V/R</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> θ=ωt， θo=ωt*180/π</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;">α=15-θo</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;">代入數(shù)值</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">ω=V/R=29.29/152087737</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">=0.925862（弧度/秒）</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">θ=ωt=0.925862*259783</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">=.0.050031（弧度）</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">將弧度變?yōu)槎?，則</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">θo=θ*180/π</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">=0.050031*180/π</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">?=2.8665o</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;">α=15-θo=15-2.8665</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:20px;"><span class="ql-cursor">?</span>=12.1335o</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 即今年的夏至點(diǎn)在公轉(zhuǎn)軌道上的位置距遠(yuǎn)日點(diǎn)為12.1335 o。</span></p> <p class="ql-block"> 圖四.夏至點(diǎn)在地球公轉(zhuǎn)軌道上的位置</p> <p class="ql-block"> <span style="font-size:22px;">下面我們總結(jié)一下歲差引起的一些天文現(xiàn)象：</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 1. 春分點(diǎn)的西移與回歸 年縮短</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 歲差使春分點(diǎn)沿地球公轉(zhuǎn)軌道每年西移50.23角秒，導(dǎo)致回歸年（太陽兩次通過春分的時(shí)間）比恒行年（地球公轉(zhuǎn)一周即360o的實(shí)際時(shí)間）短約20分鐘。這一現(xiàn)象使二分二至（春分、秋分、夏至、冬至）在地球公轉(zhuǎn)軌道上逐漸西移，而非固定不變；</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 2. 北極星更替</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;"> 隨著地軸緩慢地進(jìn)動，北極星也不斷地更替。如圖五所示，我們選擇了幾個(gè)未來的北極星，用</span><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">★</span><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;">予以標(biāo)志，當(dāng)前的北極星是小熊座α星；到公元4000年、6000年、7750年北極星分別是仙王座的γ星、δ星及α星；到公元1045年、1170年，北極星分別是天鵝座α星及δ星；到公1400年北極星是天琴座α星。</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;"> 3. 節(jié)氣點(diǎn)與星空背景錯(cuò)位</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;"> 由于歲差，古代節(jié)氣對應(yīng)星空背景與現(xiàn)代不同，例如晉代（1700年前）天文學(xué)家虞喜冬至黃昏用窺管觀測的星宿是 </span><b style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;">壁宿</b><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;">，而當(dāng)今冬至觀測到的是 </span><b style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;">箕宿</b><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;">。</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;"> 4. 太陽直射南、北半球的天數(shù)交替變化</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;"> 由于節(jié)氣點(diǎn)西移及橢圓軌道原因，太陽直射南、北半球的天數(shù)也將發(fā)生變化，如當(dāng)今夏至處于遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，北半球太陽直射天數(shù)比南半球多出7天，當(dāng)冬至點(diǎn)處于遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，南半球太陽直射天數(shù)比北半球多出7天，當(dāng)春分點(diǎn)或秋分點(diǎn)處于遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，南、北半球太陽直射天數(shù)相等。</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(1, 1, 1); font-size:22px;"> 總之，歲差通過改變地球自轉(zhuǎn)軸指向和改變春分點(diǎn)位置，深刻影響了歷法、節(jié)氣、恒星觀測及極星的認(rèn)定。</span></p> <p class="ql-block">圖五.地軸進(jìn)動周期示意圖</p> <p class="ql-block"><span style="font-size:22px;"> 謝謝觀賞，歡迎指正。</span></p>