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十六,黄道与岁差

(2015-09-05 12:16:24)
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历史

文化


黄道是地球绕太阳公转的轨道平面天球相交的大圆,是地球上的人看太阳于一年内在恒星之间所走的视路径,即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。简单地来说,地球一年绕太阳转一周,我们从地球上看成太阳一年在天空中移动365366圈,太阳这样移动的路线叫做黄道。太阳在天球上的视运动分为两种情形,即周日视运动周年视运动周日视运动即太阳每天的东升西落现象,这实质上是由于地球自转引起的一种视觉效果;周年视运动指的是地球公转所引起的太阳在星座之间穿行的现象。

如下图所示,此为北回归线以北、北极圈以南地区的太阳“周日视运动轨迹:其中间的那个圆周轨道是每年春分和秋分那两天中,太阳在白天运动时所走的轨道圈;在两顶端的两个圆周轨迹圈分别是夏至和冬至那两天的太阳运行轨迹圈,其中上顶端的是夏至轨迹圈、先秦时称为“日北至”,下底端的是冬至轨迹圈、先秦时称为“日南至”;而在夏至轨迹圈和冬至轨迹圈之间,分布着太阳其他各天的运行圆周轨迹,从夏至到冬至的过程中此圆周轨迹圈逐日下移、直到冬至时到达底端,而从冬至到夏至的过程中此圆周轨迹圈逐日上移、直到冬至时到达顶端。所有轨道圈的集合就是黄道。

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但这样的黄道显然过于庞杂,于是天文学把太阳在地球上的周年视运动轨迹,既太阳在天空中穿行的视路径的大圆,称为黄道,也就是地球公转轨道面在天球上的投影。黄道是在一年当中太阳在天球上的视路径,看起来它在恒星之间移动的路径,明显的也是地球在每年中所经过的路径。因此,黄道也是同天赤道一样,被古人用恒星来标注,其中最著名的黄道体系就是西方的“黄道十二宫”。

中国的二十八星宿起初是天赤道体系,但随后逐渐向黄道体系转变。为何古人要做如此改变呢?这主要的原因还是来自于观测太阳的需求。

之前分析创造北斗和二十八星宿纪日体系的原因时就认为,其主要作用就在于以星象标记太阳的运行轨迹。而最早的天赤道二十八星宿体系反映的是以北天极为旋转中轴所在的天球运行轨迹,它与太阳运动轨迹之间还是有不小的差异。由于太阳在全年中每天的日出位点也是一直变化移动的、并不像天赤道那样初升点始终位于正东方,因此必须对天赤道二十八星宿体系做相应改造、才能反映出日出位点的年内变化。将全年的日出位点相连接,就得出了“黄道”;今天我们所通用的二十八星体系就是基于此目的,而被改造出的黄道二十八星宿体系。

另外,因为地球自身所做的“岁差”运动也会造成二十八星宿与天赤道的分离。所谓“岁差”,在天文学中是指一个天体的自转轴指向因为重力作用导致在空间中缓慢且连续的变化。具体到地球上来说,就是地球自转的地轴也不是固定不动的,而是受太阳月亮等其他星体的引力牵引,围绕某一轴线,做周期性的旋转;而这个自转的周期约为25771年。

岁差运动对站在地面上仰观天文的最大影响就是:每过几百年,天上的恒星就会整体偏离一定的经纬度。所以在原始二十八星宿体系被发明后的几百年,人们会发现二十八星宿会逐渐远离天赤道,其中最明显的案例就是:在公元前1800后,天赤道不再从娄宿二与娄宿三之间穿过,而是偏出了娄宿、娄宿不再“搂抱”天赤道。因为岁差运动的周期在25000年以上,所以在三五年内,若非借助精密的天文观测仪器,仅凭人的双眼是无法观测到的。纵观中西古今历史,无论古希腊的喜帕恰西、还是中国西晋的虞喜,都是通过比对前人留下的天文观测资料与他当时所观测到的天象,才发现了“岁差”的存在。而在4000年前的上古,限于当时简陋的天文观测条件,即使看到了天赤道的偏离,也难以发现岁差的存在。

而相比于天赤道,黄道虽然也受岁差运动的影响,但其影响不如天赤道这般明显:以天赤道为基准的话,会发现恒星的整体北移,各星宿与天赤道之间的距离都发生了长短不一、且不成比例的变化;而以黄道为基准的话,会发现各星宿与黄道的距离几乎从来不变,只是各星宿出现在夜空中同一位点的时间不断延后罢了。因此,从天文观测的实用性来看,黄道体系比天赤道体系稳定得多、黄道宿距几乎是固定不变的。古巴比伦早在4000多年前就出现了黄道,古希腊沿用其黄道并并创立“黄道十二宫”;同样,虽然我国首创的二十八星宿是天赤道体系,但在长时间使用后肯定会发现天赤道体系的显著变迁和黄道体系的相对稳定,从而改用黄道体系。

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