黄道

黄道太阳天球上的视运动轨迹,它是黄道坐标系的基准。另外,黄道也指太阳视运动轨迹所在的平面,它和地球绕太阳的轨道共面(看起来像是太阳绕着地球转)[1]。太阳的视运动轨迹并不能经常被观测到,地球自转产生了日出与日落的变化。

黄道和赤道的关系:赤道是垂直地球自转轴的平面,与轨道平面(黄道)的夹角是轨道倾角,也就是黄赤交角
从1994年克莱门特航天器拍摄的月球探测图片里能很好的观察到黄道平面。克莱门特拍摄的图片中(从右至左),月球地球反射光照亮,太阳从月球较暗的一侧升起,然后依次是土星火星水星(左下角三个小点)。

黄道是在一年当中太阳在天球上的视路径,看起来它在群星之间移动的路径,明显的也是行星在每年中所经过的路径。更明确的说,它是球状的表面(天球)与黄道平面交集;以几何学来描述,它是包含地球环绕太阳运行的平均轨道平面

黄道不变平面英语Invariable plane是垂直所有行星轨道平面角动量和的平面,而木星应该是最主要的影响者。目前的黄道平面不变黄道平面夹角约1.5°。[来源请求]

西方的黄道(ecliptic)一词是从蚀(eclipse)发生的地方延伸出来的。

由于地球公转受到月球和其他行星的摄动,地球公转轨道并不是严格的平面,即在空间产生不规则的连续变化,这种变化包括多项短周期的和一项缓慢的长期运动。短周期运动可以通过一定时期内的平均加以消除,消除了周期运动的轨道平面称为瞬时平均轨道平面。黄道的严格定义是:地月系质心绕太阳公转的瞬时平均轨道平面与天球相交的大圆。[2][需要较佳来源]

太阳视运动

前面描述的日地运动较为简单,实际上,地球还在围绕地月引力中心运动,这导致太阳的视运动以一个月为周期发生微小的偏移。另外,由于太阳系其他天体的影响,地月二体系统的中心也在进行着复杂运动。因此,黄道实际上是一中太阳的视运动轨迹[3]

地球绕太阳运行的周期为一年,因此太阳的视位置在黄道上运行一圈也要花费这么多时间。一年比365天多一点,每天太阳向东移动的角度略小于1°一天之中,太阳的位置相对恒星发生了微小的变化,因此,地球表面上一点追上太阳所花费的时间要比地球自转周期23小时56分(恒星日)长一些,大概为24小时(太阳日)。当然,这种计算方法也是简化的,它假设地球绕太阳运行的速度是恒定不变的。实际上,在一年中地球公转的速度是变化着的,这导致了太阳在黄道上的移动速度也是变化的。比如,太阳在天球赤道北侧运行的时间为185天,而在南侧运行的时间仅为180天左右[4]。地球公转速度的变化产生了均时差[5]

黄道与赤道

 
地球围绕太阳公转的轨道在天球上的投影即为黄道(图中黑色),地球赤道在天球上的投影为天球赤道(图中绿色),黄道与赤道的两个交点被称为昼夜平分点

地球的自转轴与地球公转平面并不垂直,因此,黄道面和地球赤道面并不重合,而是有大约23.4°的夹角,通常被称为黄赤交角[6]。把赤道投影到天球上得到天球赤道,天球赤道与黄道的两个交点被称为昼夜平分点。一年之中,太阳沿着黄道运动会两次穿过天赤道。太阳由南向北穿过天赤道的点被称为春分点或黄道升交点,也被称为白羊座第一点[7] ,由北向南穿过的点被称为秋分点或黄道降交点。

地球自转轴赤道在空间中的位置并不是固定的,而是大约以26000年为周期围绕着黄极运动,这种运动被称为日月岁差,日月岁差大部分是由日月引力作用在地球赤道的隆起部分造成的。另外,黄道本身在空间中的位置也是变化的,太阳系中其他天体对地球公转轨道会产生一个比较小的影响,这导致了黄道的进动,被称为行星岁差。这两种作用合起来称为总岁差,导致了昼夜平分点每年变化50角秒左右。[8]

由于太阳月球相对于地球的位置会周期变化,日月引力使得地球自转轴产生了短周期小幅度的摆动,这被称为章动[9]。由于地球自转轴的章动,昼夜平分点的位置也会随之发生周期变化。考虑了实时的岁差和章动得到的赤道和平分点被称为“真赤道真春分点”,不考虑章动作用得到的赤道和春分点被称为“平赤道平春分点”[10]

黄赤交角

黄赤交角这个概念在天文学上被用于描述黄道与地球赤道的夹角,也相当于地球自转轴与黄道面法线的夹角。黄赤交角现约为23.4°,由于行星岁差的影响,黄赤交角目前每百年减少0.013度(47角秒)[11]

通过长期观测地球和其他行星运动可以得到黄赤交角的角速度。随着观测精度的提高和对动力学模型的深入理解,天文学家产生了新的星历表。因此,由这些星历表衍生出来的天文数据也不一样,比如黄赤交角。

黄道和行星

   
黄道平面的俯视图与侧视图,包含了水星金星地球火星。大多数绕太阳运行的行星都非常靠近地球所在平面,即黄道。

太阳系的大多数天体几乎在同一个平面内围绕太阳转动,这可能是因为太阳系来自于一个原行星盘。这个原行星盘也被叫做太阳系的不动面。地球轨道与不动面的夹角比1度大一点,太阳系主要天体的轨道平面与不动面的夹角都在6度以内。因此,从地面上看,太阳系的大多数天体都非常靠近黄道。黄道面由太阳的运动来确定,太阳系不动面由整个太阳系的角动量来确定,本质上它体现了太阳系内所有轨道上的运动和旋转,这需要获得所有天体精确的运动数据。因此,一般选择黄道作为太阳系的参考平面,而不是太阳系不动面。[12][13]

古人观察星空,发现天体分作两类:一类固定在天球上,组成各个星座,形成一幅永恒的天空背景,称之为恒星;另一类天体在黄道附近运行,不断穿过黄道上的十二个星座,称之为行星。这些行星包括七颗(七曜),分别是阴阳——太阳和太阴(月球),以及五行——金、木、水、火、土五个肉眼可见的经典行星。太阳在黄道上一年运行一圈,太阴在黄道上一个月运行一圈。

对星空的划分方法与日、月的运行轨迹密切相关:古巴比伦人注意到,太阳的轨迹把黄道分作十二段,每月一段,每段一个星座组成黄道十二宫。古代中国将日、月相会(也就是朔月的发生)称为“辰”,一年十二个月就有十二辰,古代又用北斗七星斗柄指向的十二辰方位确定月份,称为月建;另外月亮绕行一周后回到同一位置的周期是27.33天,因此把星空分作27或28宿,即印度的二十七宿或中国的二十八宿。因为是日、月停留、休息处,所以称为“次”、“宿”、“舍”[14]

相关条目

  • 黄道坐标系:一种天球坐标系
  • 黄道面
  • 黄道光
  • 黄道带
  • 白道
  • 地球公转

参考资料

  1. ^ Template:Cite book哈啰你好
  2. ^ 算法系列之十八:用天文方法計算二十四節氣(上) - oRbIt 的專欄 - 博客頻道 - CSDN.NET. [2015-03-14]. (原始内容存档于2015-06-05). 
  3. ^ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office. P. Kenneth Seidelmann , 编. Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. University Science Books, Mill Valley, CA. 1992. ISBN 0-935702-68-7. , p. 11
  4. ^ Astronomical Almanac 2010, sec. C
  5. ^ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.233
  6. ^ Explanatory Supplement (1992), p. 733
  7. ^ Astronomical Almanac 2010, p. M2 and M6
  8. ^ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.322 and 3.21
  9. ^ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office; H.M. Nautical Almanac Office. Explanatory Supplement to the Astronomical Ephemeris and the American Ephemeris and Nautical Almanac. H.M. Stationery Office, London. 1961.  , sec. 2C
  10. ^ Explanatory Supplement (1992), p. 731 and 737
  11. ^ Chauvenet, William. A Manual of Spherical and Practical Astronomy I. J.B. Lippincott Co., Philadelphia. 1906 [2016-10-24]. (原始内容存档于2017-04-18).  , art. 365-367, p. 694-695, at Google books
  12. ^ Danby, J.M.A. Fundamentals of Celestial Mechanics. Willmann-Bell, Inc., Richmond, VA. 1988. ISBN 0-943396-20-4.  , sec. 9.1
  13. ^ Roy, A.E. Orbital Motion third. Institute of Physics Publishing. 1988. ISBN 0-85274-229-0.  , sec. 5.3
  14. ^ 《史记索隐》:“二十八舍即二十八宿之所舍也。舍,止也。宿,次也。言日月五星运行,或舍于二十八次之分也。”。

外部链接