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黄道

太陽在天球上的視路徑
此条目介绍的是天文现象黄道。关于中国共产党早期高级干部黄道，请见“黄道 (人物)”。
此条目介绍的是黄道。关于围绕着地球的轨道，请见“赤道”。

黄道或黄道面是地球绕太阳的轨道平面[1][2]。[a] 从地球上的观察者角度来看，太阳在一年中围绕天球的运动沿著黄道在背景的恒星上描绘出一条路径[3]。 黄道是一个重要的参考平面，是黄道坐标系的基础。

从轨道上的地球看，太阳似乎相对于恒星移动，黄道是太阳在天球上每年遵循的路径。这一过程持续在略超过365天的回圈中重复。

太阳的视运动

黄道是太阳在年过程中的视路径[4]。

因为地球绕太阳一周需要一年的时间，所以太阳的视位置需要一年才能绕黄道一周。一年中有365天多一点，太阳每天向东移动的角度略小于1°[5]。太阳相对于恒星位置的这种微小差异导致地球表面上的任何特定位置每天比地球不绕轨道运行时晚大约四分钟赶上太阳（并直接位于太阳的北部或南部）；因此，地球上的一天是24小时，而不是大约23小时56分钟恒星日。同样的，这是一种简化，基于一个以均速绕太阳运行的假设地球。地球绕太阳运行的实际速度在一年中略有变化，因此太阳沿著黄道移动的速度似乎也有所不同。例如，太阳每年大约有185天位于天球赤道以北，180天位于天赤道以南[6]。 轨道速度的变化是均时差的一部分[7]。

由于地球围绕地球-月球质心的运动，太阳的视路径略有摆动，周期约为一个月。由于太阳系的其它行星的进一步摄动，地月重心以复杂的方式围绕平均位置略微摆动

与天球赤道的关系

主条目：转轴倾角
 
地球的轨道在所有方向上投影的平面形成了被称为黄道的参考平面。在这里，它被显示为向外（灰色）投影到天球，以及地球的赤道和极轴（绿色）。黄道平面沿著一个大圆（黑色）与天球相交，太阳似乎在这个圆上移动，而地球绕著它运行。黄道和赤道在天球上的交点是分点（红色），太阳似乎在那里穿过天球赤道。

由于地球自转轴与其轨道平面不垂直，因此地球的赤道平面与黄道平面不共面，而是倾斜约23.4°，即所谓的黄道倾斜度[8]。如果赤道向外投影到天球，形成天球赤道，它会在两个被称为分点的点穿过黄道。太阳在沿著黄道的视运动中，在这些点穿过天球赤道，一个从南到北，另一个从北到南[5]。从南到北的交点被称为三月交点，也被称为“白羊宫的第一点”和天球赤道上黄道的“升交点”[9]。从北到南的交点是九月交点或降交点。

主条目：岁差

地球自转轴和赤道的方向在空间中不是固定的，而是围绕黄道极点旋转，周期约为26,000年，这一过程被称为“日月岁差”，因为它主要是由于月球和太阳对地球赤道凸起的引力作用。同样的，黄道本身也不是固定的。太阳系其它天体的引力扰动导致地球轨道平面的运动要小得多，因此也导致黄道的运动，称为“行星岁差”。这两种运动的共同作用被称为“一般岁差”，每年将春分点的位置改变约50弧秒（约0.014°）[10]。

主条目：章动

再一次，这是一种简化。月球的周期性运动和太阳的视周期性运动（实际上是地球在其轨道上的运动）会导致地球轴的短期小振幅周期性振荡，从而导致天球赤道振荡，称为章动[11]。 这为春分点的位置新增了一个周期性分量；具有完全更新的进动和章动的天球赤道和（三月）春分点的位置称为“真赤道和春分点”；没有章动的位置是“平赤道和春分点”[12]。

黄道倾斜度

主条目：转轴倾角 § 地球

“黄道的倾斜度”是天文学家用来描述地球赤道相对于黄道的倾斜度，或地球自转轴相对于垂直于黄道的倾角的术语。它大约是23.4°，由于行星扰动，现时每百年下降0.013度（47弧秒）[13]。

倾角的角度值是通过多年来观测地球和其它行星的运动而发现的。随著观测精度的提高和对动力学理解的增加，天文学家产生了新的基本星历表（英语：Fundamental ephemeris），并从这些星历表中推导出各种天文值，包括倾角。

 
2万年来的黄道倾角，来自Laskar（1986）[14]。请注意，在此期间，倾角仅在24.2°至22.5°之间变化。红点代表2000年。

直到1983年，任何日期的倾角都是根据纽康的《太阳表》计算出来的，纽康分析了直到1895年左右的行星位置：

ε = 23°27’08.26” − 46.845” T − 0.0059” T2 + 0.00181” T3

此处ε是倾角，和T是从B1900.0到所讨论的日期的回归世纪[15]。

从1984年开始，电脑生成的星历表喷射推进实验室的DE系列（英语：Jet Propulsion Laboratory Development Ephemeris）成为《天文年鉴》的基本星历表。基于DE200的倾角计算，该资料分析了1911年至1979年的观测结果：

ε = 23°26’21.45” − 46.815” T − 0.0006” T2 + 0.00181” T3

其中此后T是儒略世纪，来自J2000.0[16]。

JPL的基本星历表一直在不断更新。2010年的《天文年鉴》规定[17]：”

ε = 23°26’21.406” − 46.836769” T − 0.0001831” T2 + 0.00200340” T3 − 0.576×10−6” T4 − 4.34×10−8” T5

这些倾角运算式旨在在相对较短的时间跨度内（可能是几个世纪）实现高精度[18]。拉斯卡尔（英语：J.Laskar）计算了一个运算式，在10000年内将T10良好排序为0.04″/1000年[14]。

所有这些运算式都是针对“平均”倾角的，也就是说，不包括赤道的章动。“真实”或暂态倾角包括章动[19]。

太阳系平面

主条目：太阳系
     
黄道平面的俯视图和侧视图，显示了行星水星、金星、地球和火星。大多数行星绕太阳运行的轨道几乎与地球绕黄道运行的平面相同。 2010年7月，五颗行星（包括地球）沿著黄道排列，说明了这些行星如何在几乎相同的平面上绕太阳运行。照片拍摄于日落时分，向西俯瞰印尼爪哇岛的苏拉卡尔塔。

太阳系的大多数主要天体几乎在同一平面上绕太阳运行。这可能是由于太阳系是由原行星盘形成的。可能现时最接近的圆盘表示被称为太阳系的“不变平面（英语：Invariable plane）”。地球的轨道，也就是黄道，与不变平面的倾斜略大于1°，木星的轨道在略大于0.5°的范围内，其他主要行星都在6°左右。因此，大多数太阳系天体在天空中看起来都非常接近黄道。

不变平面由整个太阳系的角动量定义，本质上是系统所有天体的轨道和旋转角动量的向量和；其中60%以上来自木星轨道[20]。这个总和需要对系统中的每个对象都有精确的了解，这使得它有点不确定。由于不变平面的确切位置存在不确定性，而且黄道由太阳的视运动很好地定义，因此为了精确和方便起见，黄道被用作太阳系的参考平面。使用黄道而不是不变平面的唯一缺点是，在地质时间尺度上，它将在天空遥远背景中的固定参考点上移动[21][22]。

天体参考平面

主条目：天球赤道和黄道坐标系
 
从天球内部看到的太阳沿黄道（红色）的视运动。黄道座标以红色显示。天球赤道（蓝色）和赤道座标（绿色）倾向于黄道，随著太阳的前进，它们似乎会摆动。

用作天球上位置的参考，黄道形成两个基本平面之一，另一个是天球赤道。垂直于黄道的是黄道极点，北黄道极点是赤道以北的极点。在两个基本平面中，黄道在背景恒星上更接近静止，它由于行星进动而产生的运动大约是天球赤道的1/100[23]。

球座标，也称为黄道经纬度或天体经纬度，用于指定天体在天球上相对于黄道的位置。经度向东量测为正值[5]从三月的春分点开始，沿黄道方向0°至360°，与太阳似乎移动的方向相同。纬度是垂直于黄道测量的，向北 +90° 或向南 -90° 到黄道两极，黄道本身的纬度是0°。对于完整的球形位置，还需要距离参数。不同的对象使用不同的距离单位。在太阳系内，使用天文单位，对于地球附近的物体，使用地球半径或公里。偶尔也会使用相应的右手直角坐标系；“x轴”指向三月的春分点，“y轴”指向东方（90°）“z轴”指向北黄极；天文单位是度量单位。 黄道座标的符号在某种程度上是标准化的；请参阅表格[24]。

黄道座标的符号概述[25]
球坐标 直角坐标
经度 纬度 距离
地心 λ β Δ
日心 l b r x, y, z[note 1]
  1. ^ 偶尔使用；x, y, z通常保留用于赤道座标。

黄道座标便于指定太阳系天体的位置，因为大多数行星的轨道与黄道的倾角很小，因此在天空中总是看起来相对接近黄道。因为地球的轨道，也就是黄道，移动得非常小，所以相对于恒星来说是一个相对固定的参考面。

 
20万年来黄道的倾角，来自Dziobek（1892）[26]。这是西元101,800年的黄道倾角。请注意，在此期间，黄道仅旋转约7°，而天球赤道围绕黄道进行了几个完整的周期。与天球赤道相比，黄道是一个相对稳定的参考。

由于春分点的进动运动，天体上物体的黄道座标在不断变化。在黄道坐标系中指定位置需要指定特定的春分点，即特定日期的春分，称为历元；座标是指该日期的春分点方向。例如，《天文年鉴》[27]列出了2010年1月4日0hTT时火星的日心位置如下：经度118°09'15.8"，纬度 +1°43'16.7"，真日心距离1.6302454 AU， 日期的平均春分和黄道。这指定了2020年1月4日0时TT的平均春分 2010 0h TT 如上所述，没有添加章动。

食

主条目：食 (天文现象)
 
当地球围绕太阳旋转时，月球轨道平面的近似轴向平行度（英语：Axial parallelism）（与黄道成五度倾斜）导致月球交点相对于地球旋转。这导致大约每六个月发生食季，其中日食可能发生在朔，月食可能发生在望。

因为月球轨道与黄道仅倾斜约5.145°，而太阳总是非常靠近黄道，食总是发生在黄道上或附近。由于月球轨道的倾斜，日食不会发生在太阳和月球的每一次合和冲，而是只有当月球在合（朔）或冲（望的同时，靠近轨道的升交点或降交点时才会发生。食之所以这样命名，是因为古人注意到食只发生在月球穿过黄道的时候[28]。

分点和至点

分点和至点的位置
  黄道的 赤道的
longitude 赤经
三月分点 0° 0h
六月至点 90° 6h
九月分点 180° 12h
十二月至点 270° 18h
主条目：分点 (天球座标)

分点和至点的确切时刻是太阳的视黄道经度（包括像差和章动的影响）为0°、90°、180°和270°的时间。由于地球轨道的摄动和格里历的异常，这些日期不是固定的[29]。

在星座中

 
现代星座的赤纬与赤经的等距柱状图，虚线表示黄道。星座按家族和成立年份进行颜色编码。

黄道现时穿过下列星座：

星座鲸鱼座和猎户座不在黄道上，但足够近，以至于月球和行星偶尔会出现在其中[31]。

 
黄道和赤道的关系：赤道是垂直地球自转轴的平面，与轨道平面（黄道）的夹角是轨道倾角，也就是黄赤交角。

太阳的视运动轨迹并不能经常被观测到，地球自转产生了日出与日落的变化。



相关条目

注解和参考资料

  1. ^ 严格来说，平均轨道的平面，有微小的变化被平均化。
  1. ^ USNO Nautical Almanac Office; UK Hydrographic Office, HM Nautical Almanac Office. The Astronomical Almanac for the Year 2010. GPO. 2008: M5. ISBN 978-0-7077-4082-9. 
  2. ^ LEVEL 5 Lexicon and Glossary of Terms. 
  3. ^ The Ecliptic: the Sun's Annual Path on the Celestial Sphere. 
  4. ^ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office. P. Kenneth Seidelmann , 编. Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. University Science Books, Mill Valley, CA. 1992. ISBN 0-935702-68-7. , p. 11
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 天球上的“北”和“南”方向是指“朝向北天极”和“朝向南天极”。“东”是“地球自转的方向”，“西”是与之相反的方向。
  6. ^ Astronomical Almanac 2010, sec. C
  7. ^ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.233
  8. ^ Explanatory Supplement (1992), p. 733
  9. ^ Astronomical Almanac 2010, p. M2 and M6
  10. ^ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.322 and 3.21
  11. ^ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office; H.M. Nautical Almanac Office. Explanatory Supplement to the Astronomical Ephemeris and the American Ephemeris and Nautical Almanac. H.M. Stationery Office, London. 1961.  , sec. 2C
  12. ^ Explanatory Supplement (1992), p. 731 and 737
  13. ^ Chauvenet, William. A Manual of Spherical and Practical Astronomy I. J.B. Lippincott Co., Philadelphia. 1906. , art. 365–367, p. 694–695, at Google books
  14. ^ 14.0 14.1 Laskar, J. Secular Terms of Classical Planetary Theories Using the Results of General Relativity. Astronomy and Astrophysics. 1986, 157 (1): 59. Bibcode:1986A&A...157...59L. , table 8, at SAO/NASA ADS
  15. ^ Explanatory Supplement (1961), sec. 2B
  16. ^ U.S. Naval Observatory, Nautical Almanac Office; H.M. Nautical Almanac Office. The Astronomical Almanac for the Year 1990. U.S. Govt. Printing Office. 1989. ISBN 0-11-886934-5. , p. B18
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  19. ^ Meeus, Jean. Astronomical Algorithms. Willmann-Bell, Inc., Richmond, VA. 1991. ISBN 0-943396-35-2. , chap. 21
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  31. ^ Kidger, Mark. Astronomical Enigmas: Life on Mars, the Star of Bethlehem, and Other Milky Way Mysteries. The Johns Hopkins University Press. 2005: 38–39. ISBN 9780801880261. 

外部链接

 
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