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地球自轉軸的移動方式

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地球自轉軸的移動方式

摘要: 　　1.歲差在東西方天文學中的不同含義。在開始本節(jié)內容之前，有必要給讀者介紹一下什么是“歲差”。中國東晉天文學家虞喜，采用與西方黃道坐標系不同的赤道坐標系，于公元300年獨立發(fā)現(xiàn)了冬至點移動現(xiàn)象，并將此現(xiàn) ...

　　1.歲差在東西方天文學中的不同含義。在開始本節(jié)內容之前，有必要給讀者介紹一下什么是“歲差”。中國東晉天文學家虞喜，采用與西方黃道坐標系不同的赤道坐標系，于公元300年獨立發(fā)現(xiàn)了冬至點移動現(xiàn)象，并將此現(xiàn)象命名為“歲差”。①

　　虞喜冬至點移動示意圖（圖1）
　�。ㄕf明：本示意圖是借用星像解碼中28宿星圖所作。除虞喜及作者對冬至點移動角度外，均不代表作者觀點。圖中黃色線條構成夾角為虞喜原計算，綠色線條構成夾角為作者修正計算）。虞喜當時求得冬至點退行（移動）速度為約“50年退一度”（50年/度），即72角秒/年。從上面示意圖中可以看出：由于赤北極移動原因，虞喜時代（公元300年）和唐堯時代（公元前2400年）峁宿與壁宿構成的夾角是不同的。虞喜時代夾角明顯大于唐堯時代夾角，唐堯時代應為40度左右。因此作者認為準確的計算式應為 ：2700/40=67.5年/度。即53.33角秒/年。古希臘天文學家喜恰帕斯于公元前二世紀，采用黃道坐標系最先發(fā)現(xiàn)了春分點沿黃道向西移動現(xiàn)象。喜帕恰斯當時發(fā)現(xiàn)春分點黃經(jīng)變化值為36角秒/年，即100年/度，現(xiàn)代天文學通過最近200年的觀測資料，測定春分點黃經(jīng)變化值為50.27角秒/年。即71.613年/度。國際天文學界將古希臘天文學家喜恰帕斯發(fā)現(xiàn)的這個天文學現(xiàn)象命名為equinoxes，precession of，它的準確含義是 “晝夜平分點（春分點或者秋分點）進動”。
　　并被直接翻譯為“歲差”。

　　現(xiàn)代天文學關于春分點，恒星年和回歸年三者關系示意圖（圖2）
　　在這個示意圖中，最近200年測定的春分點平均移動值50.27角秒/年雖然被規(guī)定為常數(shù)。但它并不符合喜恰帕斯測定記錄36角秒/年。因此計算出的所謂25780年“歲差周期”，只是一個假設的周期。
　　人們最先關注歲差現(xiàn)象是因為它涉及到歷法的準確性。因此在相關辭條解釋中往往都有這樣的論述：恒星年主要應用于天文學。迄今為止，這個基本認識還是占據(jù)主導地位。在這個基本認識影響下，一談到歲差，一般人（包括不少天文學家）就會下意識反應：現(xiàn)代科技高度發(fā)達，歷法的準確性已經(jīng)解決。學習歲差完全沒有什么實際意意義..但從地球科學角度考察，天文和地理存在密切聯(lián)系。弄清楚地球的第三種運動方式，對了解地球演變歷史肯定有著非常重要的意義。
　　2.哥白尼和牛頓對歲差原因解釋的異同。
　　無論是古代中國天文學家還是古希臘天文學家，之所以關注歲差，是因為這個現(xiàn)象直接關系到歷法的準確性。兩分兩至點（春分點和秋分點，冬至點和夏至點）是地球圍繞太陽公轉軌道上的4個特殊位置點。如果對它們的位置測定發(fā)生偏差，將會使得歷法混亂，失去指導人們進行農耕活動的意義。因此從古至今，東西方天文學界都對歲差現(xiàn)象進行著不斷的觀測學習，但對引起歲差現(xiàn)象的原因的學習，卻長期處于沉寂狀態(tài)。最早探索歲差原因的是偉大的波蘭天文學家哥白尼。他不但發(fā)現(xiàn)了地球圍繞太陽公轉的秘密，提出了劃時代的“日心說”，揭示了地球的公轉和自轉運動，并且還根據(jù)前人對兩分點移動變化的天文觀測資料，最先提出地球赤道平面移動（其實質是地球自轉軸移動），是造成歲差現(xiàn)象原因的假說。以下是哥白尼天體運行論第三章相關內容。
　　“…讓我們在一個球面上畫出黃道ABCD。令它的北極為E，魔羯宮第一點為A，巨蟹座第一點為C，白羊宮第一點為B，而天枰宮第一點為D………。首先令地球北極位于F�！�.兩種運動同時作用并使極點得到平衡位置I，視赤道與均勻或平均赤道完全吻合�！�.并最后掃出我之稱為扭曲線的FKILGMINF。因此明顯可知，在黃赤交角變化一周中，地極向前進兩次到達端點，并兩次朝退后到達端點�！雹�
　　為了幫助讀者更好理解哥白尼的觀點，本人將天體運行論中圖3.2進行了相應的色彩區(qū)分和標注。③

　　哥白尼關于兩分點及黃赤交角移動示意圖（圖3）
　　從上面的引文和書籍照片中我們可以清楚地發(fā)現(xiàn)：
　　1. 哥白尼是在黃道坐標系中討論和推導由于春分點移動可能產生的地軸移動形式的。
　　2. ABCD圓圈示的是黃道平面，E表示黃極。
　　3. OQP和BHD圓圈分別表示由于春分點移動產生的兩個赤道平面。B，O，P，D分別表示赤道平面移動產生的的黃道平面的4個交點。Q，H則表示赤道平面移動產生的與黃經(jīng)某度的兩個交點。
　　4. FKIMGLINF曲線，即哥白尼所言的“扭曲的小王冠相似的線條”。表示地軸移動在天球上面的投影軌跡，I是其平衡位置。即赤北極的中心位置。.I至E的角距為黃赤交角的平均角度。
　　哥白尼提出的地球自轉軸移動“FKIMGLINF”形式與牛頓提出的“陀螺”假說（地球自轉軸以23.46度固定角度圍繞黃極旋轉）有著明顯的差異。牛頓“陀螺”假說認為地球自轉軸是圍繞黃極作圓周運動，而哥白尼認為地球自轉軸是按照“小王冠相似的“扭曲曲線圍繞赤北極平衡位置運動。從某種意義上說，哥白尼在黃道坐標系中提出的地軸“FKIMGLINF”移動方式，已經(jīng)接近事實真相。如果他當年對東方的赤道坐標系和中國古代天文學歷史觀測資料有基本理解，也許他是能夠發(fā)現(xiàn)地球自轉軸沿赤經(jīng)14H方向的真實移動方式的。
　　英國科學家牛頓及西方其他天文學家后來對哥白尼的假說進行了修正，改變了哥白尼關于地球自轉軸環(huán)繞赤北極移動軌跡，提出了解釋歲差現(xiàn)象原因的“陀螺”假說。牛頓的解釋是這樣：引起歲差現(xiàn)象的主要原因是太陽和月亮對地球赤道隆起局部的合力對地球自轉軸的影響。由此產生了所謂的“陀螺”效應，使得地球的自轉軸產生了“進動”，即圍繞黃北極，以23.46度為半徑劃出一個小圓�，F(xiàn)代天文學界依據(jù)牛頓假說和最近200年春分點在黃道上移動的平均速度50.27角秒/年，計算出赤北極圍繞黃北極旋轉一周的時間為25800年(360*3600/50.27=25780)。

　　牛頓“陀螺”假說示意圖（圖4）
　　在歲差問題上面，牛頓只是對哥白尼首先提出的地球自轉軸“進動”觀點進行了力學解釋，他只是從理論力學角度對哥白尼的觀點加以修正，改變成理想狀態(tài)的所謂“陀螺”運動，并沒有提供新的天文觀測事實對自己提出的假說加以論證。由于古代西方天文學一直采用黃道坐標系觀測星空，對赤北極移動軌跡的觀測精度，遠比采用赤道坐標系的中國古代天文學觀測精度差，并且也不足北極星變遷的歷史觀測資料。所以自天體運行論問世和牛頓提出“陀螺”假說以來，西方天文學界一直沒有人對赤北極真實的移動軌跡進行過深入的學習。牛頓的“陀螺”假說可以解釋春分點沿黃道西行現(xiàn)象，因此自提出以來得到了國際天文學界的承認，并成為解釋歲差現(xiàn)象的權威觀點。根據(jù)牛頓假說可以推論：春分點沿黃道移動的方向和角速度應該等于赤北極（地球自轉軸北端的延長線）移動的方向和角速度，即逆時針方向和50.27角秒/年。但現(xiàn)代天文學精確測定的赤北極移動方向和速度數(shù)值，并不支持牛頓“陀螺“假說。④如果我們能夠沖破盲目崇拜權威的心理定勢，堅持實踐是檢驗一切理論的真理性的原則，在尊重客觀事實基礎上對牛頓的“陀螺”假說進行質疑，也許能夠得出和牛頓假說不同的結論的。從上面的論述中，我們可以發(fā)現(xiàn)哥白尼都認為地球自轉軸的移動是造成歲差現(xiàn)象的原因，但對地球自轉軸移動的方式卻存在不同觀點。哥白尼認為地球自轉軸是圍繞赤北極平衡位置進行“扭曲的小王冠式”運動，牛頓則認為地球自轉軸是圍繞黃北極進行“陀螺”運動。盡管他們各自主張的地球自轉軸運動方式不同，但共同點很明顯：地球除公轉，自轉運動外，還存在第三種運動----自轉軸運動。應該承認這是一個了不起的發(fā)現(xiàn)，它可能是揭開地球演變歷史秘密的一個途徑。
　　本節(jié)注釋
　�、� “虞喜根據(jù)堯典記載“冬至日短星昴”，而當時實測冬至點在“東壁中”，即壁宿九度。從昴宿經(jīng)胃宿十四度、婁宿十二度、奎宿十六度，至壁宿九度，合計退行五十多度，虞喜估計唐堯時代相距“二千七百余年”，由此可求得歲差值為約“五十年退一度”。----摘自百度.百科
　�、冖壅� 哥白尼天體運行論北京大學出版社2006年第一版    P86---P87
　�、� 根據(jù)中國天文年歷多年的（北極星視位置）數(shù)值計算，赤北極緯度方向平均移動速度為14.98角秒/年

地球自轉軸的移動方式  |  責任編輯：蟲子
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