图解:恒星日与太阳日。附图左:一颗遥远的恒星(小红圆)和太阳中天,在当地的子午线上。中间:只有遥远的恒星中天(一个平恒星日)。右:几分钟之后太阳才中天完成一个太阳日。
由于地球自转,所有的天体都像太阳一样穿过子午线穿过天空。然而,地球除了绕轴自转外,还绕太阳公转。在一年的时间里,由于它的轨道,地球又绕太阳转了一圈。因此,相对于恒星,每年有一个额外的旋转,这相当于在连续两天同一时间观测时,恒星在天空中的位置会有大约4分钟的不同。
图解:在新加坡植物园的日晷。事实上,这个日晷的设计反映出新加坡几乎位于赤道上。
因此,相对于恒星,地球的自转周期大约是23小时56分钟(更准确地说是23小时56分4.09秒),或者比24小时少4分钟。这个时间周期称为恒星日,以这个速度运行的时钟表示恒星时间。恒心钟定义为春分正午0时,与秋分的太阳时重合。恒星的时间对于业余和专业天文学家来说是非常宝贵的,他们可以将星图定位到天空中,还可以用望远镜对其进行定位。
四季
地球上的季节是由它的自转和绕太阳公转的结合造成的。地球自转的轴线与地球绕太阳公转的平面(称为黄道)倾斜约23.5度。由于旋转轴仍然指向同一个方向(指向北极星),地球相对于太阳的方向在一年的过程中发生了变化,如下图所示。
一年中有两天(3月21日和9月21日),两个半球接收到等量的阳光。这些日子被称为分点。冬至日是太阳到达其最遥远的南北落差的日子。夏至(6月21日左右)是北半球接受阳光直射最多的一天,也是一年中白昼时间最长的一天。这是南半球最短的一天。冬至(12月21日左右)是南半球接受阳光直射最多的一天,也是北半球一年中白昼最短的一天。
热带和恒星系年
地球相对于恒星完成绕太阳一周的时间称为恒星年。然而,我们把一年看作是连续两次春分的时间,这段时间被称为热带年。热带年比恒星年短大约20分钟。
赤道年和恒星年之间的差异是由地球旋转轴的进动引起的。就像陀螺的轴线一样,地球的轴线也扫出一个圆。在整个周期中,轴的倾斜度仍然接近23.5度,但轴的方向发生了变化。地球旋进的每一个周期大约需要26,000年。今天,轴指向北极星,这使它成为北极星。在大约13000年后,轴将几乎指向织女星的方向,这将使织女星成为北极星。这个动画演示了地轴的进动(图是从北极看的,那里的天顶标志着北极的位置)。
岁差改变了地球轨道上出现分点和二至点的位置。例如,今天的春分发生在太阳出现在双鱼座的方向。再过600年,岁差将把这一点移到宝瓶座,而2000年前,这一点在白羊座。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. astro-雪菲小鹿
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