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太陽在天球上的視路徑 来自维基百科,自由的百科全书
黃道是太陽在天球上的視運動軌跡,它是黃道坐標系的基準。另外,黃道也指太陽視運動軌跡所在的平面,它和地球繞太陽的軌道共面(看起來像是太陽繞着地球轉)[1]。太陽的視運動軌跡並不能經常被觀測到,地球自轉產生了日出與日落的變化。
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)與黃道平面的交集;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。目前的黃道平面與不變黃道平面夾角約1.5°。[來源請求]
西方的黃道(ecliptic)一詞是從蝕(eclipse)發生的地方延伸出來的。
由於地球公轉受到月球和其他行星的攝動,地球公轉軌道並不是嚴格的平面,即在空間產生不規則的連續變化,這種變化包括多項短周期的和一項緩慢的長期運動。短周期運動可以通過一定時期內的平均加以消除,消除了周期運動的軌道平面稱為瞬時平均軌道平面。黃道的嚴格定義是:地月系質心繞太陽公轉的瞬時平均軌道平面與天球相交的大圓。[2][需要較佳來源]
前面描述的日地運動較為簡單,實際上,地球還在圍繞地月引力中心運動,這導致太陽的視運動以一個月為周期發生微小的偏移。另外,由於太陽系其他天體的影響,地月二體系統的中心也在進行着複雜運動。因此,黃道實際上是一年中太陽的視運動軌跡[3]。
地球繞太陽運行的周期為一年,因此太陽的視位置在黃道上運行一圈也要花費這麼多時間。一年比365天多一點,每天太陽向東移動的角度略小於1°一天之中,太陽的位置相對恆星發生了微小的變化,因此,地球表面上一點追上太陽所花費的時間要比地球自轉周期23小時56分(恆星日)長一些,大概為24小時(太陽日)。當然,這種計算方法也是簡化的,它假設地球繞太陽運行的速度是恆定不變的。實際上,在一年中地球公轉的速度是變化着的,這導致了太陽在黃道上的移動速度也是變化的。比如,太陽在天球赤道北側運行的時間為185天,而在南側運行的時間僅為180天左右[4]。地球公轉速度的變化產生了均時差[5]。
地球的自轉軸與地球公轉平面並不垂直,因此,黃道面和地球赤道面並不重合,而是有大約23.4°的夾角,通常被稱為黃赤交角[6]。把赤道投影到天球上得到天球赤道,天球赤道與黃道的兩個交點被稱為晝夜平分點。一年之中,太陽沿着黃道運動會兩次穿過天赤道。太陽由南向北穿過天赤道的點被稱為春分點或黃道升交點,也被稱為白羊座第一點[7] ,由北向南穿過的點被稱為秋分點或黃道降交點。
地球自轉軸和赤道在空間中的位置並不是固定的,而是大約以26000年為周期圍繞着黃極運動,這種運動被稱為日月歲差,日月歲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,黃道本身在空間中的位置也是變化的,太陽系中其他天體對地球公轉軌道會產生一個比較小的影響,這導致了黃道的進動,被稱為行星歲差。這兩種作用合起來稱為總歲差,導致了晝夜平分點每年變化50角秒左右。[8]
由於太陽和月球相對於地球的位置會周期變化,日月引力使得地球自轉軸產生了短周期小幅度的擺動,這被稱為章動[9]。由於地球自轉軸的章動,晝夜平分點的位置也會隨之發生周期變化。考慮了實時的歲差和章動得到的赤道和平分點被稱為「真赤道真春分點」,不考慮章動作用得到的赤道和春分點被稱為「平赤道平春分點」[10]。
黃赤交角這個概念在天文學上被用於描述黃道與地球赤道的夾角,也相當於地球自轉軸與黃道面法線的夾角。黃赤交角現約為23.4°,由於行星歲差的影響,黃赤交角目前每百年減少0.013度(47角秒)[11]。
通過長期觀測地球和其他行星運動可以得到黃赤交角的角速度。隨着觀測精度的提高和對動力學模型的深入理解,天文學家產生了新的星曆表。因此,由這些星曆表衍生出來的天文數據也不一樣,比如黃赤交角。
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黃道平面的俯視圖與側視圖,包含了水星、金星、地球、火星。大多數繞太陽運行的行星都非常靠近地球所在平面,即黃道。 |
太陽系的大多數天體幾乎在同一個平面內圍繞太陽轉動,這可能是因為太陽系來自於一個原行星盤。這個原行星盤也被叫做太陽系的不動面。地球軌道與不動面的夾角比1度大一點,太陽系主要天體的軌道平面與不動面的夾角都在6度以內。因此,從地面上看,太陽系的大多數天體都非常靠近黃道。黃道面由太陽的運動來確定,太陽系不動面由整個太陽系的角動量來確定,本質上它體現了太陽系內所有軌道上的運動和旋轉,這需要獲得所有天體精確的運動數據。因此,一般選擇黃道作為太陽系的參考平面,而不是太陽系不動面。[12][13]
古人觀察星空,發現天體分作兩類:一類固定在天球上,組成各個星座,形成一幅永恆的天空背景,稱之為恆星;另一類天體在黃道附近運行,不斷穿過黃道上的十二個星座,稱之為行星。這些行星包括七顆(七曜),分別是陰陽——太陽和太陰(月球),以及五行——金、木、水、火、土五個肉眼可見的經典行星。太陽在黃道上一年運行一圈,太陰在黃道上一個月運行一圈。
對星空的劃分方法與日、月的運行軌跡密切相關:古巴比倫人注意到,太陽的軌跡把黃道分作十二段,每月一段,每段一個星座組成黃道十二宮。古代中國將日、月相會(也就是朔月的發生)稱為「辰」,一年十二個月就有十二辰,古代又用北斗七星斗柄指向的十二辰方位確定月份,稱為月建;另外月亮繞行一周後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國的二十八宿。因為是日、月停留、休息處,所以稱為「次」、「宿」、「舍」[14]。
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