普通天文學/年度運動
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為什麼會有季節？稍微思考一下就會發現，這與地球與太陽的距離無關，因為這會同時影響南半球和北半球。（事實上，地球在每年 12 月左右比一年中的其他時間離太陽更近。）那麼，為什麼會有季節呢？
地球每年繞太陽公轉一週。我們觀察到這種現象，表現為季節變化和星座的移動。在一年中，太陽在天球上沿著一個大圓圈移動，年復一年地描繪出相同的路徑。這條路徑叫做**黃道**。黃道不僅是太陽在天空中執行的路徑，它還標誌著地球繞太陽執行的軌道平面。行星在不同的平面上繞太陽執行，但接近黃道。
地球自轉軸相對於黃道平面傾斜 23½°。地球儀通常是傾斜著建造的。北緯 23½° 被標記為北迴歸線，南緯 23½° 被標記為南迴歸線。在北半球，太陽只會從 6 月 20 日到 22 日沿著北迴歸線正午直射。那一天被稱為北半球夏季最大值或夏至。在南半球，太陽只會從 12 月 20 日到 23 日沿著南迴歸線正午直射。在北迴歸線和南迴歸線之間的任何地方，太陽在一年中至少會兩次正午直射，但對於生活在熱帶以外的人來說，太陽永遠不會正午直射。在熱帶地區，太陽在天空中的位置會隨著一年中的時間而變化，大約在 12 月 21 日開始出現在南邊的天空，在年中移動到北邊的天空，並在年底回到南邊的天空。
地球自轉軸的傾斜導致黃道的大圓圈相對於地球赤道傾斜 23½°。黃道和赤道在兩點相交，但在其他地方相隔 23½°。當太陽位於其中一個交點時，它正午直射赤道上的某個地方。這發生在**春分**，春分與赤道相交的天空中的點也稱為春分點。每年，太陽都會穿過赤道，向北移動。這發生在 3 月下旬——“春分”或“春季”春分。當太陽在 9 月下旬穿過赤道時，會發生“秋分”。
在春分日，晝夜等長。這就是春分這個名字的由來，它來自拉丁語，意思是“等夜”。在春分日，太陽從正東昇起，從正西落下。不過，它不會直射頭頂，除非是赤道上的觀察者。春分日是全年唯一晝夜各 12 小時的日子。春分過後，進入北半球的夏季，太陽開始從東北方向升起，從西北方向落下。北半球的白天變長，南半球的白天變短。
太陽距離赤道最遠的那兩點被稱為**夏至**。夏至標誌著一年的最長和最短的白天。一年中最長的一天是夏至，最短的一天是冬至。在北半球，夏至發生在太陽最北端的時候，而冬至發生在太陽最南端的時候。在南半球，夏至和冬至是相反的。
從太空中看，我們可以看到地球的傾斜改變了地球不同部位對太陽的暴露程度。北半球的觀察者會看到太陽在 12 月 21 日左右位於南邊的天空，處於最低位置。他們之所以這樣看到，是因為南半球朝向太陽傾斜，而北半球遠離太陽傾斜。大約在 6 月 22 日，情況會發生逆轉，北半球指向太陽，太陽在正午時分會出現在天空中的最高點。對於南半球的觀察者來說，太陽大約在 6 月 22 日出現在北邊的天空，處於最低點，而大約在 12 月 21 日出現在天空中的最高點。這種現象的一個影響是，在北半球夏季的幾個月裡，北極可以接收到 24 小時的陽光。太陽會在秋天的很長時間裡保持可見，在秋分日落到地平線以下。當冬天降臨北極時，太陽在 6 個月的時間裡都不會出現，因為那部分地球背離太陽傾斜。
隨著人們從兩極向地球赤道移動，這種影響會變得越來越弱。一個人離赤道越近，白天和黑夜的小時數之間的差異就越小。在赤道地區，全年白天長度幾乎沒有差異。
顯然，地球繞太陽的週年運動是地球季節變化的原因。引起這種季節變化的原因並不那麼明顯。乍一看，人們可能會認為冬天發生在地球離太陽最遠的時候。如果我們意識到南半球和北半球的冬天發生在一年中的不同時間，我們就會發現這是錯誤的。此外，地球的軌道非常接近圓形。地球軌道距離的變化太小，不會對地球的氣候產生明顯的影響。
當然，每個白天陽光照射到特定位置的時間長度與氣溫的季節性變化有很大關係。但是，另一個不太明顯但影響更大的因素是陽光照射到一個區域的角度。在赤道地區，全年差異很小，因為太陽在垂直方向兩側各變化 23.5 度。在 12 月 21 日正午，陽光照射路徑的長度僅比直接垂直路徑增加 1.1 倍，陽光的減少量很小。更直接的輻射將最大量的熱量和能量傳遞給地球上的落點，因此這些地區將接收到最多的熱量。然而，遠離赤道，地球的傾斜意味著陽光的照射角度並不那麼直接，更多的太陽能量被更長的路徑穿過大氣層所阻擋。在北緯 50 度，12 月 21 日正午，太陽光線穿過大氣的路徑長度將比直接垂直路徑增加 3.5 倍。一般來說，光線的照射角度取決於一天中的時間、區域相對於赤道的緯度以及地球在其軌道上的位置。
黃道上的星座，**黃道十二宮**，在占星術傳統中有著悠久的歷史。在大多數報紙上，你可以讀到關於你的未來或一些個人建議的（完全不科學的）預測，這些預測針對你的生日。每個條目都與黃道十二宮中的一個星座以及一系列出生日期相關聯。在占星術傳統中，你生日時太陽所在的星座，你的“星座”，揭示了你性格和未來的一些資訊。
有趣的是，報紙上給出的每個星座的日期與太陽在那些日期的天空中的位置並不匹配。報紙上的日期與太陽的實際位置之間存在超過一個月的偏差。這種偏差出現是因為與每個星座相對應的日期是在幾千年前確定的。在幾千年裡，地球在其軸線上“擺動”，導致日曆和天空中的恆星位置發生變化。這種擺動是由太陽和月亮對赤道的拉力引起的，被稱為**歲差**。它影響了所有星座相對於春分點和極點的方位。
地球的歲差就像一個陀螺的運動。如果你旋轉一個軸線傾斜的陀螺，隨著陀螺的旋轉，軸線會慢慢旋轉。同樣，地球的軸線保持傾斜 23½°，但這種傾斜的方位在幾千年裡會發生變化。
由於歲差改變了地球極點的指向方向，它也改變了哪顆恆星是北極星，如果有的話。之前，我們引用了莎士比亞的話，他在《凱撒大帝》中提到了北極星，將其描述為北方的恆星。嚴格來說，這是不正確的。在凱撒大帝時代，北極星沒有“固定”在天空中，因為地球的軸線指向不同，指向北斗七星。
歲差是一種緩慢的漂移，難以檢測。歲差導致的恆星運動只有在經過許多年仔細觀察後，肉眼才能察覺到，儘管透過望遠鏡，它很快就變得很明顯。希臘天文學家喜帕恰斯是第一個透過比較自己的觀測結果和一個半世紀前收集的觀測結果來測量歲差的人。
歲差改變了地球在其軌道上的夏至和春分點的方位。隨著地球軸線的旋轉，地球最靠近太陽指向的方向發生了變化，因此季節也發生了變化。如果日曆沒有考慮到這一點，隨著軸線的歲差，季節也會發生漂移。最終，北半球將在 7 月份寒冷，在 1 月份溫暖，而南半球將在 7 月份溫暖，在 1 月份寒冷。日曆透過使用**迴歸年**作為其基礎來考慮歲差的額外運動。我們通常定義的一年是**恆星年**，即地球繞太陽公轉一週所用的時間。在我們通常的測量方法中，地球在一年中實際上完成了一圈多的繞太陽公轉。在恆星年期間，太陽在天空中的位置發生完全移動，並回到相對於恆星的相同位置。在迴歸年期間，太陽從春分點開始，繞著天空移動，然後又回到春分點。在這段時間裡，春分點的位置略有偏移，因此迴歸年比恆星年略短。
如果您仔細觀察天空，就能輕鬆地辨別出日曆的演變過程。下次您看到日出或日落時，請注意太陽是在正西方向落下，還是在正西方向的北部或南部落下。許多古代文明仔細觀察了太陽的運動，並持續觀察了很長時間。他們使用簡單的技術和工具，能夠非常準確地測量一年長度等週期。注意天體運動的古代人會發現，夏至每 365 天發生一次。他們也會注意到，每四年夏至會延遲一天。這就是現代日曆中閏年的原因。延遲的發生是因為一年長度略超過 365 天——更接近 365¼ 天。透過在幾年時間內進行一些簡單的觀察，可以使用這種方法將一年的長度測量到令人驚訝的準確度。
太陽曆在歷史上一直被使用。古代巴比倫人認為一年只有 360 天，並據此制定了他們的日曆。伊斯蘭曆是陰曆，比太陽曆早 11（1/2）天。希伯來曆是陰陽曆。
我們現代的日曆傳承自古羅馬文明。日曆最初的成熟形式是**儒略曆**，幾乎與今天使用的日曆完全相同。它一年有 365 天，每四年有一個 366 天的閏年。在儒略曆中，能被 4 整除的年份——例如 1992 年、1996 年和 2008 年——是閏年。這使得儒略曆平均每年有 365¼ 天，這非常接近迴歸年真正的 365.2422 天長度。
雖然儒略曆的漂移很慢，但到 16 世紀，日曆中的誤差已經積累得足夠多，以至於天主教會開始擔心這種漂移對復活節慶祝日期的影響。義大利編年史學家阿洛伊西斯·利利烏斯發明了對儒略曆的修改，以糾正這種差異。教皇格列高利十三世在 1582 年頒佈了新的日曆，現在被稱為**公曆**。
公曆與儒略曆相同，只是在不能被 400 整除的年份跳過閏年。在 1600 年、2000 年和 2400 年，公曆會有閏年，但 1800 年、1900 年或 2100 年沒有閏年。這使得平均年份長度為 365.2425 天，比儒略曆更接近正確值。公曆每 10,000 年僅累積 3 天的誤差。
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1) 在夏至當天，太陽在北迴歸線上空，而在冬至當天，太陽在南迴歸線上空。繪製一個簡圖，顯示太陽和地球在這些日期的相對位置。
2) 當太陽在南迴歸線上空時，實際上位於人馬座。那麼為什麼希臘人將南迴歸線命名為南迴歸線，而不是人馬座迴歸線呢？