地球的搖擺，何謂歲差？ @ 休休居散記

201710032241地球的搖擺，何謂歲差？

2012年12月22日，原本傳說是瑪雅人預測的世界末日，當然，後來什麼都沒發生，但是，這件新聞讓我關注到一個新的名詞"二萬六千年"，"歲差"和一些奇奇怪怪的名詞，什麼光子帶！天體重疊！大約每隔二萬六千年，進入寶瓶座紀元時，地球便開始進入光子帶，所以........的！光之美少女...

總之，地球還在，那"二萬六千年"這個數字從何而來呢？原來，這來自歲差(axial precession，字面意義為「（自轉）軸進動」)的概念"

那什麼是歲差？簡單的說，由於地球的形狀並非正圓球，赤道略微突出，赤道的直徑比南北方向的直徑長43公里。在太陽和月亮等等外在重力的牽引之下，地球像是一顆巨大的陀螺，除了自轉之外，自轉軸指向因為重力作用導致在空間中緩慢且連續的變化、繞圈晃動，但一直保持和黃道面的23.5度交角，只是指向不停地變動而已。自轉軸繞圈圈的現象，就像我們小時候打陀螺，陀螺的自轉軸只要歪了，陀螺就會開始會傾斜著轉圈圈，一直到倒下為止！只不過陀螺的自轉軸繞一圈很快，但地球自轉軸繞一圈慢了些，週期大約是兩萬六千年左右(完成一周的時間大約是25,771.5年，以西元2000年速率計算)！在物理力學上，這個現象稱為進動 (procession)。

嚴格來說，地球自轉軸不僅會晃動，還會抖動，力學上稱為"章動"，行星的章動來自於潮汐力所引起的進動，這使得歲差的速度不是常數，而會隨著時間改變。這種現象是英國的天文學家詹姆斯·布拉德利在1728年發現的。地球章動最大分量的週期是18.6年。

回到歲差吧！由於地球自轉軸的方向逐漸漂移，追蹤它搖擺的頂部，以大約26000年的週期掃掠出一個圓錐。

那既然地球自轉軸，26000年才繞一圈(歲差)，一圈360度，一年也差50.3秒(大約是360度除以25,771.5)，或是每71年一度的差異，古人又怎麼發現的呢？這就不歸功於沒有3C、電視和無聊的夜生活了...

大約在西元前150年，古希臘天文學家喜帕恰斯（Hipparchus）將自己觀測的恆星座標，與150多年前的記錄比較，發現春分點的位置已經偏移了，因而發現了歲差現象。中國則在晉朝的虞喜在咸康年間（340AD左右）發現太陽繞天運行回到冬至時，並沒有完整的繞天一周，還差了一點點，因此稱這種「歲歲為差」的現象為「歲差」。好強的古人！

由於地球自轉軸(歲差)多扭了一下，那和我們有什麼關係？有，一輩子會大概會差一天...

由於我們所謂一年，其實是指回歸年 (tropical year) 的長度，它是從上個春分點 (或冬至點) 到下個春分點 (或冬至點) 所經過的時間。

但是我們也可以選一顆很遙遠的恆星作為參考點，而定義一年為從地球看出去，太陽連續兩次通過 "地球-太陽-恆星連線" 所經過的時間，這就是恆星年 (sidereal year)，恆星年長度為 365.2564天(恆星日)。由於地軸的進動，太陽公轉還沒有回到前次的位置，就遇到春分點，所以回歸年較恆星年短，只有365.2422天，也就是比恆星年短20分24秒。如果編曆者使用恆星年編曆，而未把歲差的因素列入考量，而且後來也未再編新曆法，經過12000年後，北半球的七月就會變成冬天了(一年多20分24秒，20分24秒/年*12000年＝4080小時(約170天，幾乎是六個月)。中國發現歲差是虞喜 (330AD左右)，但將歲差的因素，列人編曆的考量的第一人是《大明曆》的編著者祖沖之(並非明朝的大明曆，大明曆成書於南北朝時期的劉宋大明六年(462AD)，大明曆的回歸年長度是365.2428日和現行陽曆的365.2422日，一年只差46秒)。祖沖之是世界上第一個將「圓周率」精算到小數第七位，即在3.1415926和3.1415927之間的人。直到1000多年後，這個紀錄才被歐洲人打破。不用太崇拜金毛人，是子孫不肖！

為什麼一天星空(恆星)會比前一晚提前4分鐘升起來

雖然中西天文學家早在兩千年前就發現了歲差現象，但是並不瞭解它背後的道理與成因。直到牛頓提出萬有引力的理論後，才解釋了地球像陀螺一樣轉動。只不過，牛頓的理論也還一直受到各界科學家的質疑和討論！

另外，我們都知道何謂北極星？所謂北極星，也就是地球自轉軸的延伸線所指的恆星，目前地球自轉軸的延伸線所指、最靠近天球北極的恆星是小熊星座的勾陳一...子曰：為政以德，譬如北辰，居其所而眾星拱之！北辰就是北極星，眾星都繞著它轉(是地球指著它轉)，不過很多人以為勾陳一是天空中最亮的恆星，但其實它的亮度在全天排名第48，不能算是很亮的星。可見當皇帝，往往是運氣好，未必有本事，所以要戒慎恐懼！