我们的一年是365天到366天,这个时长,真的是地球绕太阳公转一周的时间吗?地球完成一次真正的公转,需要365天6小时9分钟。而我们日历所遵循的一年,只有365天5小时48分钟。
每年“短缺”的20分钟,就藏在一个名为“岁差”的宇宙时钟谜题中。
一、两种“年”的定义——回归年与恒星年。
回归年,又叫太阳年。不是地球绕太阳公转一周的准确时间,而是在地球上观测太阳直射地球纬度位置变化周期确定的时长。
简来理解,回归年就是以我们地球上看到的春夏秋冬四季的更替周期为基准的一年。回归年的参考基准是“春分点”。春分这一天,太阳直射赤道,全球昼夜等长。回归年测量确认的方法,就是今年春分到明年春分之间的时间长度。
回归年精确地反映四季循环的周期。是我们日常生活中直接感知到的“一年”——春暖、夏热、秋凉、冬寒。我们制定的历法紧跟回归年的实际观测结果,确保日历上的月份和季节与实际的冷暖变化一致。现行国际通用的公历历法,就是按回归年制定的。
一个回归年的精确长度为 365天5小时48分46秒,约为 365.242199天。
恒星年是地球绕太阳公转360度的时长,是一个空间几何确定的数学概念。恒星年的准确时长为365.25636 天。
回归年与恒星年,有20分钟多一点的差距。不过恒星年只用于天文观测,与历法无关,与我们的日常生活无关。
恒星年与回归年,相差二十多分钟,是因为,在地球上观测,地球 绕太阳一圈,并未真正走360度,而是359度多一点。差了50角秒。所以回归年比照恒星年,少了二十多分钟。
二、为啥少走了50秒,也认为走够了一圈呢?
这就是以地球为观测点,观测的结果。在地球上观测太阳,把地球从前一次过春分点的时间与本次过春分点的时间间隔,定义为回归年。这是我们地球人在地球上生活所用历法,定义一年的依据。
地球本身在围绕太阳公转中,地轴会有进动。地轴的进动,造成了春分点的西移。春分点每年西移50秒,所以地球运转359度多一点,就又和太阳达到了同一相对位置。实际历法依据是,地球的观测点,与太阳回到与上一年一致的位置关系处。说明新的一年开始。
再说恒星年。这个定义更准确,就是地球围绕太阳转360度的时间。可这咋能观测出来呢?
理论上说,简单了。不考虑地球与地轴,不考虑地球自转,把地球当成一个质点。在太阳上观测。地球走过360度。就是一恒星年。好理解,但没法验证,没人能到太阳上去观测地球运动。
实际观测方式,还是把天球当成一个固定球体(浑天),认为所有遥远恒星,都是嵌在天球上不动的。在地球上观测,太阳从一颗恒星的位置。转了一圈,又回到这颗恒星的位置,就是一年。实际是地球绕太阳公转了一圈,这是准确的360度。如果不是真正360度,太阳、地球以及基准恒星,不可能完全回到同一相对位置。
这些细处,思考起来确实挺烧脑的。我也不知道,为啥要抠这么细呢?只需知道,回归年不是地球 正好绕太阳360度,与恒星年有差距,就得了。
回归年与恒星年长度不一致的深层原因,是地球自转轴的指向,并非一直不变。陀螺自转的同时,本身还有些晃动。是地球自转轴指向改变的形象比喻。
地球自转轴绕着自己的基准轴缓慢摆动,周期25800年,这叫地球进动。岁差是地球进动的直接表现,它导致春分点西移。地球进动、岁差、春分点西移,这三个概念,说的是一个事。