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回归年本文重定向自 回歸年

回归年tropical year),也称为太阳年solar year),是由地球上观察,太阳平黄经变化360°,即太阳再回到黄道(在天球上太阳行进的轨道)上相同的点所经历的时间。相对于分点至点,精确的时间取决于你在黄道上所选择的点:从北半球的春分点,四个基础点之一,开始的称为春分点年;对在黄道上所有的点取平均值的年称为平回归年岁实是中国用的回归年,是从冬至再回到冬至所经历的时间。

在地球上,人类注意到回归的进展,从太阳缓慢的由南向北和再回头的运动,希腊人由带有“转动”意义的tropos引申出“tropical”这个字,中文的意思就是“回归”。太阳运行到最北边和最南边的回归分别由北回归线南回归线标示,也是仍能看见“日正当中”的纬度。太阳位置可以由每天正午时指时针(一根垂直的柱子或棍子:)影子的长短来测量,这是测量每年长度最自然的方法:以日照来确认季节。

因为春分点受到进动的影响在黄道上退行,因此回归年比恒星年短一点,在2000年两者相差20.409分,在1900年是20.400分。

回归年是制定各种阳历(含现行公历)和阴阳历的基础,中国传统历法中将冬至点测量的一回归年称做一“岁”。

1回归年 = 365.2421990741 = 365天5小时48分46秒

回归年,地球围绕太阳公转<360°。因回归年比恒星年短20分24秒,经过计算,地球在20分24秒的时间里,地球围绕太阳少公转约50.260角秒,所以回归年地球围绕太阳公转的角度是;360°—50.260角秒=359度59分9角秒740毫角秒。

由于回归年比恒星年短20分24秒,所以在25786年(365.2421990741*1440/20.4)的时间里退行一周,这就是岁差周期。

细微的区别

由于地球和月球重力摄动和地球在椭圆形的公转轨道上速度不均,地球在轨道上的运动不规则。因此太阳连续两次通过黄道上选定点所花的的时间会因为选定的点的不同而改变。此外,昼夜平分点在轨道上的位置也会因为岁差而改变,结果是(下面再解释)一个回归年的长度会与在黄道上所选择的太阳必须回归的点有关联(在测量时,会与分点的移动一起改变)。

所以天文学家定义的“平回归年”是黄道上所有点的回归年的平均长度,他的长度是365.24219公制)。除此之外,回归年以黄道上的特殊点作了明确定义:最特别的是春分点年,以太阳在春分点做为起点与终点,它的长度是365.2424天。

对于其他的复杂变化,我们可以选择如何"固定一天的长度"来测量时间:公制的86400秒、定义的原子时、以月亮和行星运动定义的力学时、平太阳日、或地球相对于太阳的自转。如果使用时钟来测量平太阳日的时间,相对于使用日晷测定得到的时钟日,可以得到较长的稳定性。在一年的期间内,因为太阳日的长度每天都会变化,如同均时差所显示的,所以必须使用平太阳日。

有如在Error in Statement of Tropical Year的例子,使用“平回归年”取代上面所提到的“分点年”,严格来说是一种错误。"回归年"只能用天文上专业的术语“平回归年”,纽康的样式,365.24219天(公制)来取代。分点年的365.2424平太阳日也很重要,因为他是大部分太阳历的基础,但是他不是现代天文学中的“回归年”。

分点年的平太阳日数在数千年的期间内会在365.2424至365.2423之间震荡,但大部分的时段是365.2424天。这种长期的稳定是个很好的机会,因为在这个时代有自转的减速、平均轨道的加速、和地球轨道形状与公转状态的改变对春分点的影响,几乎都互相抵销掉了。

相对的,使用公制测量的平回归年会逐渐缩短,在公元200年它的值是365.2423天,而现在的值是365.2422天。

现代的平均值

以历元J2000.0(2000年1月1日)地球时为基准,由Moisson经由完整的分析,最后测定的回归年长度是:[1]

365.242 190 419 SI days

由Meeus在较早时所做的完整解的值是:[2]
〈这个值考量了线性的变化和其他与黄道有关的年〉

365.242 189 670天〈公制〉。

由于岁差的变动和地球轨道的变化(例如潮汐减速使地球自转角速度渐渐变慢),回归年的长度会作平稳的改变。这项线性的变化可以用多项式即时的表示:

差值〈天〉 = −0.000 000 061 62×天数〈自2000年起以儒略年显示的天数〉

或是每年约5mS,这意味着2000年来回归年的长度已经增长了10秒。

注:此处和后续的公式中,一天的长度都采用86400秒〈公制〉,与使用2000年历元起算的儒略年〈365.25天〉。时间的标示是以历表时为基础的地球时〈取代之前使用的历表时〉,与世界时不同,会跟随着变化莫测的地球自转适时的修正。两者之间的差异〈虽小但会累积,称为ΔT)〉会依据在地球上每日例行的观测去修正,以应用在像历法天文学史的研究以及的观测。

不同的长度

如同前面所提的,回归年的长度会根据所选的参考点而有些所不同。这个原因是,分点的进动是很稳定的但太阳的速度在一年中明显的有所不同,当地球在轨道的近日点时(目前在1月3日至4日),他的运动速度会比平均速度快(从地球看太阳也是如此);因此在黄道上到达近日点的时间会比较快一点(与恒星年的差额较小),而在这个点上测量的"回归年"便会比平均值长一点。在实际的情形则是测量太阳回至冬至点的回归年(日期在12月21日至22日),与近日点非常接近。

反过来,夏至点接近远日点,这时太阳在轨道上运行的速度比平均速度慢,因此需要比较长的时间才能(由岁差)到达(前一年的)定点(与在冬至点时经过相同的角距离),所以测量的回归年长度短于平均值。以昼夜平分点测量的值介于其间,而且现在测量的平回归年的长度也与上述的值接近。昼夜平分点相对于近日点绕行完整一周的时间(大约在21,000年),回归年的长度也会随同选择的定点,在平回归年的长度附近震荡。

目前在黄道上回到各主要点的回归年值和他们每年的变化如下式[2]

  • 春分点:365.24237404 + 0.00000010338×a days
  • 夏至点:365.24162603 + 0.00000000650×a days
  • 秋分点:365.24201767 − 0.00000023150×a days
  • 冬至点:365.24274049 − 0.00000012446×a days

注意这4个点的平均值是公制365.2422天(平回归年),以秒为单位来测量时,这些数值会越来越小,也意味着年会越来越短。现在,以秒为单位来测量实际的一天,正在缓慢且稳定的增长,所以一年确实的天数也正在逐渐减少。

历年

历法的规则和春分点

回归年最有趣的是如何保持历年与季节起点的同步,所有进步的太阳历都源自于古埃及算术的历法。这意味着设立简单的规则就可以达到最好的天文数值。 不过在阅读以下内容时,请读者注意,尽管儒略历、格历以及伊朗历、现代印度历都测量春分点,但中国历法其实是定冬至点的(《山海经》的“大荒东经”与“大荒西经”以神话语境分别记载6座日出之山与日落之山,按南北走向排列,最南位置乃冬至标志山,最北位置乃夏至标志山)[3]。另外古埃及历法实际上其岁首跟天狼星有关,并非定春分点。古希腊有不少城邦以夏至(比如雅典)或者秋分为岁首。

在太阳历的历史上有5个著名的规则(估计的)被使用过,被使用或是被建议:

历法制定者 平均天数 相当于何时的一回归年
古埃及、晚商 365 = 365. 000 000 000  非常远古(数百万年)
凯撒、战国古六历(中国)  365 + ¼ = 365. 250 000 000 数十万年前
教皇格里哥利13世郭守敬 365 + ¼ - 3/400 = 365. 242 500 000 大约公元前4000年
Khayyam 365 + 8/33 = 365. 24 24 24 24 大约公元1000年
历元2000.0的平回归年  = 365. 242 190 419 公元2000年
von Mädler 365 + ¼ - 1/128 = 365. 242 187 500 预估在2024年至2048年之间
公元2001—2048年的春分点
地球时(与世界时的差值超过1分钟)
2001  20  13:32      2002  20  19:17      2003  21  01:01      2004  20  06:50
2005 20 12:35   2006 20 18:27   2007 21 00:09   2008 20 05:50
2009 20 11:45   2010 20 17:34   2011 20 23:22   2012 20 05:16
2013 20 11:03   2014 20 16:58   2015 20 22:47   2016 20 04:32
2017 20 10:30   2018 20 16:17   2019 20 22:00   2020 20 03:51
2021 20 09:39   2022 20 15:35   2023 20 21:26   2024 20 03:08
2025 20 09:03   2026 20 14:47   2027 20 20:26   2028 20 02:19
2029 20 08:03   2030 20 13:54   2031 20 19:42   2032 20 01:23
2033 20 07:24   2034 20 13:19   2035 20 19:04   2036 20 01:04
2037 20 06:52   2038 20 12:42   2039 20 18:34   2040 20 00:13
2041 20 06:08   2042 20 11:55   2043 20 17:29   2044 19 23:22
2045 20 05:09   2046 20 11:00   2047 20 16:54   2048 19 22:36
来源:Jean Meeus  

参见

参考资料

  1. ^ 365.242190419 days = 365.25 days × 1296000" / (6.28307585085 rad × 180°/π × 1296000"/360° + 50.28796195") from X. Moisson, "Solar system planetary motion to third order of the masses页面存档备份,存于互联网档案馆)", Astronomy and astrophysics 341 (1999) 318-327, p. 324 (N for Earth fitted to DE405) and N. Capitaine et al., "Expressions for IAU 2000 precession quantities页面存档备份,存于互联网档案馆)" (685 KB pdf file) Astronomy and Astrophysics 412 (2003) 567-586 p. 581 (P03: pA).
  2. ^ 2.0 2.1 Derived from: Jean Meeus(1991), Astronomical Algorithms, Ch.26 p. 166; Willmann-Bell, Richmond, VA. ISBN 0-943396-35-2 ; based on the VSOP-87 planetary ephemeris.
  3. ^ 海上,《中国人的岁时文化》,岳麓书社,2005

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