分科过细导致人们丧失真正认识自然规律的能力。岁差看似天文现象,其实是地球基础科学的重要组成部分。
“岁”乃“年”也,岁差就是年差,是“恒星年”与“回归年”的时间差。
我们知道地球公转形成四季,可是四季周期却不等于地球公转周期,天文学界把地球公转周期命名为恒星年,四季周期命名为回归年。通俗地说,就是地球公转运动的两种计时差。众所周知,地球围绕太阳公转形成年的概念。以白天“日晷”观测四季的周期是回归年,夜间观测的地球公转周期是恒星年。地球差异旋转与地球较差自转导致了“岁差”。
恒星年;地球绕太阳一周实际所需的时间间隔,也就是地球围绕太阳公转的周期。一个恒星年等于365.25636个平太阳日或365天6时9分9.504秒。
回归年;太阳光直射地球同一经纬线的时间周期,又称为太阳年。1回归年 = 365.24219879日≈365日5小时48分46秒。 一个回归年,地球围绕太阳公转<360°,而是359°59′09″740毫角秒。回归年不是地球公转周期而是四季循环周期。
由于回归年地球公转<360°所以"使得春分点(节气点)每年在地球公转轨道上退行 29.8km/秒×20分24秒=38475.2km,折合角度是50.260角秒;折合线速度是1553m(见下图)。
岁差使同一颗恒星的位置,随着时间的变化而发生变化。古希腊天文学家、西方古代天文学创始人喜帕恰斯就是从比较他观测的星表和前人的星表中,发现了岁差。我国古代天文学家虞喜也在公元330年,独立发现了岁差并加以精确的测定。
地球差异旋转;
地球是层圈结构,主要由地壳、地幔、外核、内核等组成。地球的每一层其角速度都不尽相同,当然内核自转最快,大气、水层、地壳自转最慢。是地壳与地幔在“固体潮汐”的作用下产生“地球差异旋转”导致岁差。
岁差的发现过程
历法在国内外历史悠久,相传在黄帝时代我国已经有了历法。在哥白尼时代之前,人们一直认为天空中的日月星辰都围绕着地球转。古代的天文学家根据天象变化规律,判断气候的变化、预示季节来临所制定的法则就是历法。地心说时代的天文学家认为太阳围绕地球公转并已经精确的测算出一年(回归年)的时间长度约等于365日5小时48分46秒。
然而,虞喜和喜帕恰斯在夜间观测恒星规律时发现,恒星的周期与太阳的周期并不相同,于是先后发现了岁差现象,是什么原因并不清楚。
牛顿在“自然科学的数学原理”一书中用“地轴进动”解释了岁差发生原因,但存在严重不足,矛盾重重。上个世纪90年代,中国人在牛顿解释岁差的基础上克服其不足,用“地球差异旋转”巧妙的解释了岁差现象。
东方--虞喜
西方--喜帕恰斯
虞喜定出冬至点每50年后退1°,喜帕恰斯推算出春分点每100年西移1°。为什么虞喜定出每50年后退1°?喜帕恰斯推算出春分点每100年西移1°?分析其原因就是他们所处的地理纬度不同,这就是“地球较差自转”所致。
影响
岁差造成了春分点在星空中的变化。公元前18世纪古巴比伦时期春分点位于白羊座,现在则位于双鱼座。不过现在天文学上春分点的符号仍沿用当年白羊宫的符号(Υ)。由此附带造成四季星空的变化。比如七月流火是《诗经》时代(西周及春秋)的天象,现在则推迟近二十天,到了农历八月。
值得注意的是;在地心说时代,以上的记载是指春分的那天太阳所在十二宫的位置,而不是地球在公转轨道上的位置。与现代所观测的地球所在公转轨道的位置相差180°。
地球围绕太阳公转是一个椭圆轨道,这就表现出有远、近日点问题。由于节气点在地球公转轨道上并不固定,所以所有节气点都在地球公转轨道上退行(与公转方向相反)。以北半球为例,现在的冬天是“近日点”然而再过约12893年,那时北半球的冬天是“远日点”,夏天是近日点,冬、夏温差加大,空气对流强度大,雨量充沛。
我们知道,地球大陆分布并不均匀,大陆基本在北半球,凸显出显著的大陆气候,远、近日点对大陆气候影响显著。而南半球是显著的海洋气候,远近日点对其影响很小。总结起来那就是;岁差的周期是地球大气候的周期。
岁差造成了“极星”的变化,前题是采用回归年的周期观测。如果采用恒星年(地球公转周期)的周期观测,那么“极星”没有变化。