黄道

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黃道和赤道的關係:赤道是垂直地球自轉軸的平面,與軌道平面(黃道)的夾角是軌道傾角,也就是黃赤交角

黄道是太阳在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,这掩盖了太阳相对其他星星运动的轨迹。

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)。

黃道是在一年當中太陽在天球上的視路徑,看起來它在群星之間移動的路徑,明顯的也是行星在每年中所經過的路徑。更明確的說,它是球狀的表面(天球)與黃道平面交集;以幾何學來描述,它是包含地球環繞太陽運行的平均軌道平面

黃道不變平面(en:Invariable plane)是垂直所有行星軌道平面角動量和的平面,而木星應該是最主要的影響者。目前的黃道平面不變黃道平面夾角約1.5°。

西方的黃道(ecliptic)一詞是從蚀(eclipse)發生的地方延伸出來的。

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][來源請求]黄道是天球上黄道坐标系的基圈。

太阳视运动[编辑]

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°[4]。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[5]。地球公转速度的变化产生了均时差[6]

黃道与赤道[编辑]

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),地球赤道在天秋上的投影为天赤道(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[7]。把赤道投影到天球上得到天赤道,天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[8] ,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。[9]

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[10]。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[11]

黄赤交角[编辑]

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。黄赤交角大约为23.4°,由于行星岁差的影响,黄赤交角目前每百年增长0.013度(47角秒)[12]

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。

黃道和行星[编辑]

Ecliptic plane top view.gif Ecliptic plane side view.gif
赤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,即赤道。

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。赤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,一般选择赤道作为太阳系的参考平面,而不是太阳系不动面。[13][14]


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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。

各个文明对星座的划分方法与行星轨迹密切相关:西方文明中,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。中国文明中,太阳的轨迹把黄道分作四段,每个季度一段,即天空的四象青龙白虎朱雀玄武;而太阴的轨迹把黄道分作28段,每天一段,即天空的二十八宿;然后结合太阳和太阴的划分,四象=28宿,每一象被分作七宿,这七宿分别对应阴阳金木水火土七大行星,组成一个星期七天,因此每个月被四象分成四个星期。

相關條目[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office, Nautical Almanac Office; U.K. Hydrographic Office, H.M. Nautical Almanac Office. The Astronomical Almanac for the Year 2010. U.S. Govt. Printing Office. 2008: M5. ISBN 978-0-7077-4082-9. 
  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
  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. ^ 引用错误:没有为名为celes_direc的参考文献提供内容
  5. ^ Astronomical Almanac 2010, sec. C
  6. ^ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.233
  7. ^ Explanatory Supplement (1992), p. 733
  8. ^ Astronomical Almanac 2010, p. M2 and M6
  9. ^ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.322 and 3.21
  10. ^ 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
  11. ^ Explanatory Supplement (1992), p. 731 and 737
  12. ^ Chauvenet, William. A Manual of Spherical and Practical Astronomy I. J.B. Lippincott Co., Philadelphia. 1906.  , art. 365-367, p. 694-695, at Google books
  13. ^ Danby, J.M.A. Fundamentals of Celestial Mechanics. Willmann-Bell, Inc., Richmond, VA. 1988. ISBN 0-943396-20-4.  , sec. 9.1
  14. ^ Roy, A.E. Orbital Motion third. Institute of Physics Publishing. 1988. ISBN 0-85274-229-0.  , sec. 5.3

外部連結[编辑]