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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
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。
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][需要較佳来源]
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,黄道实际上是一年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]。
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。
地球自转轴和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]
由于太阳和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。
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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、月的運行轨迹密切相关:古巴比倫人注意到,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]。