天文與曆法中容易誤解的一些概念與數據

06-08

為了搞清楚天文學和曆法中容易混淆和誤解的一些概念，然後說明它們在人們觀察中的實際效果及其在曆法中的實際應用時，有哪些因素需要考慮，有哪些因素不需要考慮，並建立起相應的模型以助於說明問題，讓我們先來看看下面的一些概念和相關數據：1、【恆星年】與【黃道】圈（以遙遠的恆星作為參照系來看，地球在繞日公轉的軌道上運行一周所經歷的時間叫做一個恆星年。一個恆星年=365日又6小時9分9.5秒，約等於365.25636日）2、【回歸年】與【春分點】（地球繞日公轉時相繼兩次通過「春分點」所經歷的時間叫做一個「回歸年」。一個回歸年=365日又5小時48分46秒，約等於365.2422日。回歸年比恆星年約短20分23秒）3、【近點年】與【恆星年】（地球繞日公轉時相繼兩次通過橢圓軌道的「近日點」所經歷的時間叫做「近點年」。一個「近點年」=365日又6小時13分49.4秒，約等於365.2596日。「近點年」比「恆星年」約長4分40秒）4、【恆星月】（月球繞地球公轉一周的時間≈27.321661日）5、【交點月】（月球繞地公轉時，其中心相繼兩次通過白道與黃道的同一交點所經歷的時間，其值≈27.2日）6、【近點月】（月球繞地公轉時相繼兩次經過「近地點」的時間≈27.6日）7、【朔望月】[月亮「盈虧」（圓缺）的周期≈29.530588日]一、【恆星年】與【黃道】圈：現代科學表明，萬物都是在不斷運動著的。宇宙間只有相對不動但卻沒有絕對不動的物體。但是，為了研究的方便，我們總是要選取某一個在我們看來是相對不動的物體作為參照物，然後來研究其它相對這個參照物來說是運動著的物體的運動規律。在【球面天文學】中，我們可以選一個在很長時間內都基本上看不到位移的天體（遙遠的恆星）作為參照物，然後看太陽在【天球】上移動的路徑，當太陽在天球上移動一個周期後又回到原來的位置上時，我們就把太陽繞著天球轉了一圈的路徑稱作是【黃道】，而太陽在【天球】內旋轉時所投影到天球上的軌跡，我們就稱之為【黃道圈】。因為在【球面天文學】中，天球是個假設的圓球，這樣一來，太陽在天球上走過的路線或其投影，也就是一個圓圈。因此，在【球面天文學】中，【黃道】就是一個標準的圓。太陽繞著這個圓轉了一圈的時間，就叫做【恆星年】。一個【恆星年】的時間，是365日又6小時9分9.5秒，約等於365.25636日以上概念，是源於以地球為中心的【球面天文學】。但是，從【日心說】的角度來看，一個【恆星年】的時間，實際也就是地球繞著太陽公轉了一圈的時間。二、【回歸年】與【春分點】的西移：在地球上的人們看來，地球上一年之間的寒暑變化，與太陽光在地球的某一點的南北方向上的照射角度直接相關。我國春秋時代的人們，早就發現了這個現象，並利用一種叫做【圭表】的物件來測量太陽光在地球上的這個角度變化，並進而測出這個變化的周期大約為365又1/4日。現代的人們經過精確測量和計算，得知這個周期的平均值為365日又5小時48分46秒，約等於365.2422日。並將這個時間稱為【回歸年】。對於處在北半球的人們來說，「回歸」的含意，就是指某一點上空的太陽，從最北的地方向南去了以後，又返回了原位置的意思。因此，人們就把太陽由最北向南，再回到最北所花的這個時間叫做【回歸年】。在【球面天文學】中，人們認為這種變化是由於太陽繞著【黃道】運行的面與地球的【赤道面】存在著一個23°27′的夾角而造成的。這個交角也叫做【黃赤交角】。在近代【天體力學】中看來，這種現象的造成，實際上是由於地球在繞日運動時歪著身子繞日公轉所致。而地球歪著身體的的這個角度，從地球的赤道面與公轉的軌道面看，也正好就是23°27′。當人們把【黃道圈】與【回歸年】聯繫起來研究，並按這個規律把【黃道圈】按角度等分為24份，並在每個等分點上取上一個名字作為每年24個節氣的名稱，同時還規定：視太陽圓面中心兩次通過【春分點】所經歷的時間就是一個【回歸年】。從現代天文學的角度來看，所謂【回歸年】，也就是地球在繞日公轉時，兩次通過【春分點】所經歷的時間。但是，近代天文學證明，由於旋轉體【進動】的關係，地球自轉軸的指向是隨著時間的變化而變化的。這樣一來，就造成了一個問題：地球在繞日公轉時，還沒有轉滿一周，一個【回歸年】就完成了。這種現象，在客觀上就好象節氣點在【黃道】上逐年往後退一樣。通常，當我們以【春分點】為參照點時，就把這種現象稱作【春分點】的西移。【春分點】的西移速度，於黃道的某一定點而言，是每年50.24角秒！約25800年就要移動一周。由此可知，所謂地球繞日公轉一周就是一年的說法是不嚴格的！正確的說法，是地球繞日公轉一周就是一個【恆星年】。因為【回歸年】比【恆星年】的數值要小，而且其各自的定義都不相同，又因為人們在制定曆法時，所依據的是主要是【回歸年】，所以，對於【春分點】的西移問題，在按【回歸年】周期制定的陽曆曆法中，是可以不用考慮的。換句話說，對於觀察天體的位置變化而言，【春分點】的西移現象可以被發現，但從「視太陽圓面中心兩次通過春分點為一個【回歸年】」的定義來看，在任何一個【回歸年】里，都不需要考慮【春分點】的變化。這就是制定陽曆曆法時不需要考慮【春分點】變動的理由。三、【近點年】與【恆星年】的關係：近代【天體力學】表明，任何一個處於自由運行的天體（不包括帶有軌道校正功能的人造「同步衛星」），其繞著別的天體作公轉運行的軌道都不是標準的圓，而是一個橢圓！當地球繞日公轉時，因為軌道是個橢圓，從而就存在著一個近日點和遠日點的問題。所謂【近點年】，就是地球在作繞日公轉時，其每一次經過「近日點」時的周期。經過現代天文觀察和計算表明，地球的【近點年】周期平均約為365.2596日。它比【恆星年】約長5分鐘！以上這種現象，就相當於地球的近日點，每年在【黃道】上要向東（朝前）移動約11角秒！約117818年，地球的「近日點」就會繞著黃道運行一周！為什麼會有這樣的現象發生呢，這是因為，地球在繞太陽公轉的過程中，同時還要受到其它天體的引力作用，從而使地球的軌道發生改變。這種現象，在《天體力學》上被稱為「攝動」。由於「攝動」的影響，地球的公轉軌道就會不斷地發生緩慢的改變。這就是「近日點」會產生變動以及「近點年」要比恆星年長一些的原因。如果們在【黃道】的某一處定一個點作為參照，那麼，相對於這個點而言，一方面是春分點每年要向西移動50.24角秒，另一方面是近日點相對於這個點要向東移動約11角秒，這兩個因素合起來，就相當於「春分點」和「近日點」間每年都有61.24角秒的位移。依此計算，約21163年，地球的「近日點」和「春分點」，就會交會一次。同理，對於24個節氣中的某一個節氣點而言，也會有相同的規律。由於地球繞日的公轉存在著這樣一些因素，這些因素反映到曆法中的公曆里來，那就相當於地球的「近日點」相對於陽曆中的「節氣點」的位置是在不斷地變化著的。依此計算，每經過約58年，地球的「近日點」就會後移約一日。就目前而言，地球的「近日點」是在公曆的1月4日，遠日點是在公曆的7月6日，那麼，58年後，地球的近日點就會後移至公曆的1月5日。580年後，近日點就會移動至公曆的1月14日，余類推。依據開普勒第一定律和第二定律，行星在繞日作橢圓公轉時，其近日點的角速度最快而遠日點時角度速度最慢的道理，10581年後，如今我們地球上的夏秋季節氣之間的時間間隔長、冬春季節氣之間時間間隔短的現象，就會反轉過來。這一點，相對於現今公曆中的節氣間隔而言，明顯地是有很大改變的。以上天文現現象，可以用一個模型來說明。這個模型可以由三個透明的薄板組成：第一個板，可以叫做「黃道板」，這是個固定不動的標準圓盤，這個圓盤的邊緣，可以定義為黃道圈。在這個圓盤的最邊緣上，刻一個標記，表示地球繞這個圓盤一周，就是一個恆星年。另外，在這個圓盤靠邊緣周圍挖出一道槽，以放置可以在旋轉磁場的作用下自動繞黃道盤運行的鋼珠。第二個圓板，也可以叫做「節氣板」，這是一個刻有24個節氣點的圓盤，這個圓盤是可以轉動的，用這個圓盤表示地球繞日公轉時「回歸年」的變化情況。第三個板，是一個橢圓形的板。這也可以叫做「軌道板」。用這個板表示地球繞日公轉時的實際軌道。並且，在這個橢圓板的近日點和遠日點間，刻出一條直線，用以表示近日點的變化情況。把第一和第二個圓板的中心鑽一個孔，再將橢圓板其中的一個焦點處也鑽一個孔，然後將這三個板用釘子串在一起重疊起來釘在桌子上，這個模型就做成了。此時，我們將一隻小鋼珠放進黃道盤上的環形槽內，讓鋼珠在桌面下的旋轉磁場的作用下隨著黃道邊緣上的槽內運轉。在鋼珠開始在黃道板刻有記號的邊緣處開始運轉時，我們可以用手慢慢扳動上面的「節氣板」和「軌道板」，「節氣板」按順時針方向扳動，表示向西；「軌道板」按反時針方向扳動，表示向東。通過這樣的演示，我們就可以看出，當小鋼珠繞「黃道板」運行一周時，對節氣板上的某一個節氣點而言，它會提前到達，而對「軌道板」上的「近日點」而言，它要多走一段路才到到達。這是因為，當鋼珠在運行時，節氣板上的某個節氣點在向著鋼珠到來的方向轉動，就好象是在迎接它的到來一樣；而對軌道板而言，因為在鋼珠運行時，軌道板在慢慢地朝著鋼珠前進的方向走，這對鋼珠下一次的到達，起到了要追趕一段路才能到達的效果。以上這個模型可以說明，為什麼「近點年」最長，「恆星年」稍短，而「回歸年」最短的道理。結論一：「春分點」在現行陽曆中相對位置的微小變化只與置閏日的累積誤差有關，而與該點的在黃道上西移無關。結論二：地球軌道的近日點是隨時間的流逝而逐漸變化的，於現行陽曆中的一年２４節氣中的某一節氣點而言，其位移量約為每５８年後移一日。以上結論，只是本人之淺見。由於天文知識有限，若是此結論有誤，還望天文專家們不吝賜教。雪竹2007年5月7日