[科普中国]-岁差

岁差，一种天文学现象。它是指地球自转轴长期进动，引起春分点沿黄道西移，致使回归年短于恒星年的现象。岁差是地球公转和地轴运动相结合的结果，这种结合决定了二分二至地球位置不是定点，而是在公转轨道上不断西移的动点，从而导致地球公转一周不等于太阳直射点纬度变化一周1。正是由于春分点的移动，太阳直射点的回归运动（回归年）较之恒星年存在约20 分钟的差别，岁差也因此得名2。

公元前150年前后，古希腊天文学家、西方古代天文学创始人喜帕恰斯就是通过比较他观测到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1。

简介岁差是指地球自转轴长期进动，引起春分点沿黄道西移，致使回归年短于恒星年的现象。其原因是地球是一椭球体，赤道部分隆起；赤道面与黄道面不相重合。日月和其它行星对其赤道隆起部分施以附加引力，引起赤道面倾向的变化，即地轴进动。其结果，造成春分点沿黄道每年西移约50″2，约25700年移动一周。它使回归年略短于恒星年，中国古代称之为“岁差”。只是由日月的作用引起春分点西移并不改变黄赤交角，称为“日月岁差”；由其它行星作用则同时改变黄赤交角，称为“行星岁差”。二者的合量称为“总岁差”3。

公元前150年前后，古希腊天文学家、西方古代天文学创始人喜帕恰斯就是通过比较他观测到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1。

源由地球环绕太阳的运动被称为地球公转，公转的时间是一年。在地球公转的过程中存在两个明显周期，分别为回归年和恒星年。岁差，是指回归年短于恒星年的一种现象1。

回归年

回归年是指太阳连续两次通过春分点的时间间隔，即太阳中心自西向东沿黄道从春分点到春分点所经历的时间，又称为太阳年。1回归年为365.2422日，即365天5小时48分46秒。这是根据121个回归年的平均值计算出来的结果。每个回归年的时间长短并不相等。天文学家根据太阳系的运行规律编撰出“万年历”。我国的“二十四节气”是根据地球绕太阳公转的轨道来划分的。视太阳从春分点，也就是黄经零度出发，此刻太阳垂直照射赤道，每前进15度为一个节气；运行一周又回到春分点，为一回归年，24个节气正好360度1。

恒星年

恒星年是地球公转的真正周期，在一个恒星年期间，在太阳上看，地球中心从天空中的某一点出发，环绕太阳一周，然后又回到了此点；如果从地球上看，则是太阳中心从黄道（地球公转轨道面截天球所得的圆）上的某一点（某一恒星）出发，运行周天，然后又回到了同一点（同一恒星）。在一个恒星年期间，地球公转360°所需时间约为365日6时9分10秒1。

回归年是历法年，显著特点是回归年的时间都是天文学家根据太阳系运行规律提前计算出来的，而且回归年的时间采用的是地球表面真太阳时体系。而恒星年采用的是钟表时体系。真太阳时体系与钟表时体系累计一年的时间差称为岁差。简单来说，岁差就是地球自转轴的长期运动。在外力作用下，地球自转轴在空间并不保持固定的方向，而是不断发生变化。岁差是地球公转和地轴运动相结合的结果，这种结合决定了二分二至地球位置不是定点，而是在公转轨道上不断西移的动点，从而导致地球公转一周不等于太阳直射点纬度变化一周。岁差可以使同一颗恒星的位置随着时间的变化而发生变化1。

历史发现地球是一个椭圆球体，而非正球体，赤道部分较为突出，两极则稍扁，太阳和月球对赤道突出部分的吸引力大，使地轴绕黄极缓慢移动，因而表分点沿黄道以每年50″24的速度西移，大概要26000年移动一周，这即为岁差。公元前二世纪，古希腊天文学家喜帕恰斯在编制一本包含1022颗恒星的星表时，把他测出的星位与150多年前阿里斯提留斯和提莫恰里斯测定的星位进行比较，发现恒星的黄经有较显著的改变，而黄纬的变化则不明显。喜帕恰斯认为，这是春分点沿黄道后退所造成的，并推算出春分点每100年西移1°。这是岁差现象的最早发现1。

我国古代则以观测冬至点的移动来推求岁差。晋代以前，我国古代天文学家并没有发现岁差现象，晋时虞喜研究了历史上冬至点的观测结果，比较自己的实地观测，发现“尧时冬至日短星昴，今二千七百年乃东壁中，则知每岁渐差之所至”。也就是说唐尧时代冬至黄昏中天的星宿为昴宿，而2700年后的冬至黄昏中星却是东壁，于是他得出结论，认为冬至点每50年西移一度。这个结果虽然比当前得到的赤道岁差（每77年差一度）相差颇大，但比希腊天文学家喜帕恰斯所得出的结论（每100年差1度）精确得多。虞喜就此大胆地提出了“岁自为岁，天自为天”的结论，把太阳在一回归年内的运动与其在一恒星年中的运动区别开来，创立了岁差的概念（古人又称为恒星东行，或节气西退）。祖冲之于公元463年所制定的《大明历》的最大贡献是将岁差引入历法计算。此前的一些天文学家认为，太阳在黄道上每经过一个回归年的运行，又回到上一年的起点上。虞喜和祖冲之发现了岁差的存在。虞喜提出的数据是每五十年后退一度，祖冲之认为每四十五年十一个月后退一度。尽管这两个数据与现代观测数据（七十一年八个月后退一度）尚有较大距离，但发现岁差并把它纳入历法计算之中，虞喜和祖冲之在世界则是首创。岁差的推算，便成了我国古代历法史上的重要改革之一。祖冲之在制定大明历时，还提出了三百九十一年一百四十四个闰月的新闰周，比十九年七闰的闰周更为精密。他还提出一个回归年的长度为365.24281481，精确到小数点后八位数4。元时郭守敬在《授时历》中，采用的岁差数值是66年又八个月差一度，把岁差的精确度向前推进了一大步5。

牛顿首次对岁差现象进行了理论上的解释。在绕太阳公转的同时，地球自身绕地轴进行自转。而受太阳和月球不平衡引力的共同影响，使得惯性作用下的地球自转轴产生摆动，这种摆动表现为地轴绕着黄轴旋转，在空间描绘出一个半径约为23.5°（黄赤交角）圆锥面， 从而使天赤道与黄道的交点——春分点和秋分点在黄道上向西移动， 每76 年约移动1°，整个循环周期约为25700年2。

岁差的分类根据太阳系天体对地球长期作用所产生两个不同表现，将岁差分为黄道岁差和赤道岁差。其中黄道岁差表示由于行星质点引力对地球轨道面产生的摄动，使得黄道面的空间取向发生变化，引起春分点沿赤道运动。另一方面，赤道岁差表示由于日月和行星对地球赤道突起部分的较差力矩而引起的赤道面（极轴） 的长期进动6。

岁差的影响天极绕黄极运动。使天极不能固定在某一个恒星位置，而在天球上沿一个小圆绕黄极作缓慢移动，小圆的半径是黄赤交角23.5°，约26000年移动一周7。

恒星的赤经赤纬和黄经有微小变化。这种变化不是恒星自身的运动，而是由于赤道坐标系的基本大圆赤道和基本点春分点的岁差运动造成的。星图或星表中的恒星位置数据都要标记相应的年代就是这个原因。所标记的年代称为历元，一般每50年更换一次。除上述两点以外，前面介绍过的春分点西移和回归年缩短都是同一机制引起的，有时统称为岁差引起的后果。当代春分点的位置已从古希腊时代的白羊星座移到了当前的双鱼星座靠近宝瓶星座的地方，这也是岁差引起的后果7。

根据米兰科维奇（Milankovitch）理论，岁差所会引起地球轨道及其自转轴在空间中的指向随时间发生缓慢的周期性变化，这种变化导致地表日照辐射量的改变，从而引起地球气候的周期性变化26。

相关名词章动章动是指在物理学中指物体的自转轴绕另一轴线（称“进动轴”）旋转时，自转轴发生的摆动现象。也是在天文学中指地球自转轴绕黄道轴旋转时，地球自转轴产生的摆动现象。太阳和月球有时在赤道面之南，有时又在赤道之北，因而对地球的引力方向也不断改变。由于日、月等天体特别是月球对地球赤道突出部分的吸引作用，在地轴绕黄极的运动为26000年的长期进动（即“岁差”）中，还存在许多周期不同、振幅各异的微小变幅，其中在它的平均位置上附加了一种短周期的摆动，即周期小于或等于月球交点周期18.61年，振幅为9.211″（称为“章动常数”）的摆动，称为章动。其运动形态表现为沿地球进动圆形轨道作波浪式的曲线运为。章动按运动方式可分为黄经章动和交角章动，按周期可分为太阳章动、月球章动和每月章动8。

极移极移是极地迁移的简称。指旋转的地极和磁极随时间变化在地面的移动。其运动方式有两种：第一种是周期性的运动，北极呈反时针方向运动，南极顺时针运动。极移周期又有两种：①周期约为12月，振幅约为0.1″，沿着一长轴约4m的椭圆运动。这种运动与地球上的洋流、大气环流等大规模季节性变化有关；②周期为14个月，振幅约为0.2″，沿着半径约7m的圆周运动，又称张德勒运动，其周期称张德勒周期，这种运动与地球内部物质的运动有关。第二种是长期性漂移。其中又分两种：①长期漂移。据国际纬度站1900年以来的观测资料，得出地极存在着大小约为0.003″/a、方向沿着西经81.5°的线性漂移。极移的最大幅度不超过0.4″，在24m2的范围内移动。由于极移，地球各地的纬度、经度和离心力发生颤动式变化，并影响到地壳运动。由于地球内部的不稳定性，极移轨迹不是平滑的螺旋曲线，常有突然转折。②缓慢的长期极移——基本上是沿一径圈向一相对比较固定的方向移动，其移动速率约为10cm/a9。

本词条内容贡献者为:

卢小慧 - 副教授 - 河海大学