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淺談年月日：天文學裡的時間差異

篇首語

說起年、月、日的長度，可能大家首先想到的會是生活中常用的365天、30天、24小時。不過在天文學中，年月日卻是有很多不同的種類和長度，下面我們就來簡介幾種天文學裡不同的時間長度。

一、恒星日與太陽日

日月星辰東升西落，這是由于地球的自轉産生的現象，而地球的自轉周期為23h56m4s，被稱為一恒星日。很明顯，它并不等于我們日常生活中所使用的一天24小時，也就是一平太陽日。為何兩者會有所不同？因為我們的地球在自轉的同時，還在繞太陽公轉。大家可以想象，假如地球停止自轉，那麼在它繞太陽公轉一圈的時間内，地球上的人們仍然會經曆一次晝夜交替（隻不過由于地球逆時針的公轉，太陽此時會西升東落）。由于太陽日是指一晝夜的長度，如果我們考慮到地球公轉的影響，那麼恒星日和太陽日必然不會相等。如下圖：

由圖可見，當地球完成一恒星日的自轉後，A點還需再轉過一個小角度才能和太陽處于同一相對位置上，從而造成平太陽日大于地球自轉周期。其實，由于地球公轉速度不均，太陽日的實際長度是不固定的，而這個實際的晝夜長度被稱作一真太陽日。

二、恒星月與朔望月

月球是地球唯一的天然衛星，作為天空中一道亮麗的風景，月相的變化也和我們所使用的農曆月息息相關。月相的變化，是由于月球繞地球的公轉，導緻地球上的人們看到的月亮相對太陽的位置不同，因此所能看到的月亮被太陽照亮的部分也不同。月相變化的周期是29d12h44m3s（29.53天），稱為一朔望月；而月球繞地球公轉的周期，是27d7h43m11.5s（27.32天），稱為一恒星月。

為何月相的變化周期，不等于月球的公轉周期？這和剛才所說的恒星日不等于太陽日的原因是一樣的，是由于地球繞日公轉，或者說，是由于地球帶着月球繞太陽公轉。我們把環繞地球的月球放入上一問題的圖中，會發現當月球完成一圈繞地球的公轉時，卻也繞太陽公轉過了一個角度，因此它必須再經過一段時間才能與太陽和地球處于同一相對位置，完成一個周期的月相變化。

說到這，不妨請大家思考一個問題，月球上一晝夜的長度是多少呢？如果你結合我們剛剛讨論的兩個問題，就可以得出結論：月球上的太陽日長度正是一朔望月。因為月球被地球潮汐鎖定，始終隻有一面朝向地球，因此其自轉和公轉的周期相等，所以我們可以由其公轉（自轉）周期，用同樣的方法得出一朔望月其實就是月球一晝夜的長度。

三、恒星年與回歸年

如果你簡單地認為，地球繞太陽轉一圈就等于一年的長度，那你就大錯特錯了。天文學中的“年”其實有很多種，這裡我們隻介紹兩種，恒星年和回歸年。

恒星年：即地球公轉的周期，為365d6h9m10s（365.256天）；回歸年：可以視作四季交替的周期，為365d5h48m46s（365.242天）。為何不能直接把地球公轉的周期當作四季交替的時間呢？主要原因在于太陽和月球的引力對地球的自轉軸有影響。由于地球并不是完美的球體，且自轉軸存在23°26′的傾角，日月的引力會使地球的自轉軸繞垂直于黃道面（即地球公轉軌道面）的方向做一個以26000年為周期的、順時針的擺動，這一現象被稱為歲差。正是由于歲差現象所造成的地球自轉軸的擺動，導緻了太陽連續兩次直射南或北回歸線的時間短于地球公轉周期。

如果你熟悉天球坐标系，你也許聽說過歲差所造成的兩個現象：北天極的變化和春分點的移動。地球自轉軸的擺動，在天球上的直觀表現是北天極繞北黃極的旋轉，雖然現在的北極星是勾陳一（小熊座α），但大約3000年前，曾經靠近北天極的恒星是右樞（天龍座α）。此外，歲差也會使春分點（即黃道和天赤道的交點之一）沿黃道緩緩向西移動，所以我們也可以更準确地把回歸年表述為“太陽連續兩次經過春分點的時間間隔”。

實際上，天文學中的各種時間和周期要比上文所介紹的複雜得多，本文也隻是在盡量準确無誤的前提下簡潔地科普一部分知識和内容。要把這些時間與日常的生活習慣相結合，天文學家們也是花了不少的功夫，閏秒、閏月、閏年等，都是人們為了盡量消除真實的和生活中的時間差異所采取的措施。

參考資料：

1.《基礎天文學》，劉學富，出版社高等教育

2.《天文·時間·曆法》，李芝萍、賈煥閣，氣象出版社

THE

END

作者：叢雨

校對：毫秒

APC科普組編輯部

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