回归年
细微的区别
由于地球和月球重力的摄动和地球在椭圆形的公转轨道上速度不均,地球在轨道上的运动不规则。因此太阳连续两次通过黄道上选定点所花的的时间会因为选定的点的不同而改变。此外,昼夜平分点在轨道上的位置也会因为岁差而改变,结果是(下面再解释)一个回归年的长度会与在黄道上所选择的太阳必须回归的点有关联(在测量时,会与分点的移动一起改变)。
所以天文学家定义的“平回归年”是黄道上所有点的回归年的平均长度,他的长度是365.24219日(公制)。除此之外,回归年以黄道上的特殊点作了明确定义:最特别的是春分点年,以太阳在春分点做为起点与终点,它的长度是365.2424天。
对于其他的复杂变化,我们可以选择如何"固定一天的长度"来测量时间:公制的86400秒、定义的原子时、以月亮和行星运动定义的力学时、平太阳日、或地球相对于太阳的自转。如果使用时钟来测量平太阳日的时间,相对于使用日晷测定得到的时钟日,可以得到较长的稳定性。在一年的期间内,因为太阳日的长度每天都会变化,如同均时差所显示的,所以必须使用平太阳日。
有如在Error in Statement of Tropical Year的例子,使用“平回归年”取代上面所提到的“分点年”,严格来说是一种错误。"回归年"只能用天文上专业的术语“平回归年”,纽康的样式,365.24219天(公制)来取代。分点年的365.2424平太阳日也很重要,因为他是大部分太阳历的基础,但是他不是现代天文学中的“回归年”。
分点年的平太阳日数在数千年的期间内会在365.2424至365.2423之间震荡,但大部分的时段是365.2424天。这种长期的稳定是个很好的机会,因为在这个时代有自转的减速、平均轨道的加速、和地球轨道形状与公转状态的改变对春分点的影响,几乎都互相抵销掉了。
相对的,使用公制测量的平回归年会逐渐缩短,在公元200年它的值是365.2423天,而现在的值是365.2422天。
现代的平均值
以历元J2000.0(2000年1月1日)地球时为基准,由Moisson经由完整的分析,最后测定的回归年长度是:
由Meeus在较早时所做的完整解的值是: 〈这个值考量了线性的变化和其他与黄道有关的年〉
由于岁差的变动和地球轨道的变化,回归年的长度会作平稳的改变。这项线性的变化可以用多项式即时的表示:
或是每年约5mS,这意味着2000年来回归年的长度已经增长了10秒。
注: 此处和后续的公式中,一天的长度都采用86400秒〈公制〉,与使用2000年历元起算的儒略年〈365.25天〉。时间的标示是以历表时为基础的地球时〈取代之前使用的历表时〉,与世界时不同,会跟随着变化莫测的地球自转适时的修正。两者之间的差异〈虽小但会累积,称为ΔT)〉会依据在地球上每日例行的观测去修正,以应用在像历法、天文学史的研究以及食的观测。
不同的长度
如同前面所提的,回归年的长度会根据所选的参考点而有些所不同。这个原因是,分点的进动是很稳定的但太阳的速度在一年中明显的有所不同,当地球在轨道的近日点时(目前在1月3日至4日),他的运动速度会比平均速度快(从地球看太阳也是如此);因此在黄道上到达近日点的时间会比较快一点(与恒星年的差额较小),而在这个点上测量的"回归年"便会比平均值长一点。在实际的情形则是测量太阳回至冬至点的回归年(日期在12月21日至22日),与近日点非常接近。
反过来,夏至点接近远日点,这时太阳在轨道上运行的速度比平均速度慢,因此需要比较长的时间才能(由岁差)到达(前一年的)定点(与在冬至点时经过相同的角距离),所以测量的回归年长度短于平均值。以昼夜平分点测量的值介于其间,而且现在测量的平回归年的长度也与上述的值接近。昼夜平分点相对于近日点绕行完整一周的时间(大约在21,000年),回归年的长度也会随同选择的定点,在平回归年的长度附近震荡。
目前在黄道上回到各主要点的回归年值和他们每年的变化如下式 :
春分点:365.24237404 + 0.00000010338×a days
夏至点:365.24162603 + 0.00000000650×a days
秋分点:365.24201767 − 0.00000023150×a days
冬至点:365.24274049 − 0.00000012446×a days
注意这4个点的平均值是公制365.2422天(平回归年),以秒为单位来测量时,这些数值会越来越小,也意味着年会越来越短。现在,以秒为单位来测量实际的一天,正在缓慢且稳定的增长,所以一年确实的天数也正在逐渐减少。
历年
历法的规则和春分点
回归年最有趣的是如何保持历年与季节起点的同步,所有进步的太阳历都源自于古埃及算术的历法。这意味着设立简单的规则就可以达到最好的天文数值。 不过在阅读以下内容时,请读者注意,尽管儒略历、格历以及伊朗历、现代印度历都测量春分点,但中国历法其实是定冬至点的(《山海经》的“大荒东经”与“大荒”以神话语境分别记载6座日出之山与日落之山,按南北走向排列,最南位置乃冬至标志山,最北位置乃夏至标志山) 。另外古埃及历法实际上其岁首跟天狼星有关,并非定春分点。古希腊有不少城邦以夏至(比如雅典)或者秋分为岁首。
在太阳历的历史上有5个著名的规则(估计的)被使用过,被使用或是被建议:
参见
恒星年
年
近点年
远点年
食年
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