太阳的周年视运动(一)

当地球花一年的时间围绕太阳公转了一周,在地球上的人们看来,就变成太阳在众星之间每年环绕天球一周了,这种现象,就叫做太阳的周年视运动。

地球不仅在自己的自转轴上旋转,还环绕太阳作一年一次的公转。但由于人们生活在地球上,没有“上帝视角”,无法从外太空观察地球,使得人们在相当长的时间内都认为是太阳在环绕地球转动。这样一来,当地球花一年的时间围绕太阳公转了一周,在地球上的人们看来,就变成太阳在众星之间每年环绕天球一周了,这种现象,就叫做太阳的周年视运动

人在地球上不觉得地球绕太阳运动,只看见太阳在星空背景上沿黄道缓慢运动(假设白天也能看见太阳后面的星空背景),周期与地球的公转周期相同。这种运动称为太阳周年视运动,简称太阳视运动或太阳周年运动。显然,太阳周年视运动的方向与地球公转运动的真实方向是一致的,与地球自转的方向也是一致的。但是,在天球上看到的天体周日视运动的方向与地球自转方向刚好相反,也就是说,在天球上看到的太阳周年视运动的方向与周日视运动的方向刚好相反,太阳参与周日视运动,是东升西落,自东向西;同时太阳相对于星空背景有周年视运动,是自西向东,每年转一圈。

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个现象画出来。他们想象了一根线绕过天球,太阳便每年沿着这条路线环绕天球一次,他们把这条线叫做“黄道”。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覆盖所有已知行星和太阳的运动轨迹,他们把这条带叫做“黄道带”。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,这种运动在后面还会作简单介绍。黄道十二宫相关概念在古代天文学中有着重要意义,现代甚至在动漫领域衍生出了一些作品和IP。

黄道十二宫
黄道十二宫
《圣斗士星矢》剧照
《圣斗士星矢》剧照

需要注意的是,黄道十二宫虽然可用十二星座来命名,但与十二星座并不完全相同,这是因为黄道十二宫是将黄道带均分为十二等分得到的,每一宫对应的角度为30°,太阳经过每一宫的时间基本相同,这也是太阳历中月份划分的重要依据;而在十二星座中,每一个星座在黄道带上所对应的角度并不一致,部分星座之间相差还比较大,这会导致太阳经过这十二个星座所花的时间会有明显差别,最大可相差十多天。

对于地球上的观察者,天球上的赤道与黄道分别是地球赤道面与地球公转轨道面延展与天球相交的大圆,两个大圆的交角等于赤道面与轨道面的倾角,称为黄赤交角θ,θ的精确值为23°26′21″.448,近似等于23.5°,这也正是地球上南、北回归线的纬度值 。黄道与赤道的两个交点称为春分点秋分点
天赤道和黄道在天球坐标系上的位置。
天赤道和黄道在天球坐标系上的位置。

在黄道上,当太阳处于天赤道最北的位置时,这个位置就被称为夏至点。太阳位于夏至点时,地球的北极点在一年之中最靠近太阳,这出现在6月21日左右。因为一年的实际长度并不是整数,因此具体日期略有不同。由于地球的自转,在夏至日时,地球的北半球受到太阳辐射的时间最长,这一天也是北半球在一年中白天最长的一天。当太阳处于天赤道最南的位置时,这个位置被称为冬至点太阳位于冬至点时,地球的南极点在一年之中最靠近太阳,而北极点离太阳最远,这出现在12月21日左右。由于地球的自转,在冬至日时,地球的北半球受到太阳辐射的时间最短,这一天也是北半球在一年中白天最短的一天。而南半球的情形恰好相反。因此,一天中太阳的最高位置在一年中最高时,这一天的白天在一年中是最长的;太阳的最高位置越低,这一天的白天也就越短。

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