黃赤交角

黃赤交角（Qbliquity of The Ecliptic ），亦稱"太陽赤緯角"或"黃赤大距"，指地球公轉軌道面（黃道面）與赤道面（天赤道面）之間的交角。由于黃道面位置的不斷變化，黃赤交角的度數并不固定，其范圍大致在22°00′N至24°30′N之間，變化周期約為4.1×10年。目前測得黃赤交角的度數為23°26′20′′。

• 黃道平面

黃道平面（The Plane of the Ecliptic）——地球的公轉軌道面，指地球繞太陽公轉所形成的軌道所在的平面。

• 赤道平面

地球赤道所在的平面稱為赤道平面，它過地心并與地軸垂直，也是地球自轉的平面。

• 黃赤交角

天球赤道面與黃道面的交角23度半

黃赤交角是地球公轉軌道面（黃道平面）與赤道面（赤道平面）的交角，也稱為太陽赤緯角或黃赤大距。黃道與天赤道的兩個交點，叫白羊宮（白羊座）第一點和天秤宮（天秤座）第一點，在北半球分別稱為春分點和秋分點，合稱二分點。黃道上距天赤道最遠的兩點，叫巨蟹宮（巨蟹座）第一點和摩羯宮（摩羯[jié]座）第一點，即北半球的夏至點和冬至點，合稱二至點。二至點距天赤道23°26'，稱黃赤大距，是黃角交角在地心天球上的表現。

黃赤交角的形成主要來自于地軸的傾斜。地軸并非自地球形成之初就呈現出傾斜狀態，而是受到多種自然因素的影響逐漸形成的。其中，板塊漂移和小行星撞擊是最為主流的學說。

板塊漂移學說認為地軸傾斜是由于大陸板塊在地球表面的漂移和重組所導致的。在地球漫長的歷史中，大陸板塊并非靜止不動，而是持續在地球表面進行漂移和重組。早期，地球的地軸大致處于直立狀態，這是因為當時的大陸板塊分布相對均勻，南北半球的大陸面積大致相當。然而，隨著板塊運動的逐漸加劇，這種平衡被打破。勞亞古陸等大陸板塊向北半球的漂移，使得北半球的大陸面積顯著增加，負荷也隨之加重。這種不均衡的負載分布導致了地軸開始向南傾斜，形成了地軸傾角。而板塊漂移不僅改變了地軸的傾斜角度，還進一步加劇了這種傾斜的趨勢。南半球的岡瓦納古陸中的印度板塊、非洲板塊、澳洲板塊和南美洲板塊，在地軸傾角的牽引下，也開始向北半球漂移。這些板塊的運動進一步加重了北半球的負載，使得地軸傾角逐漸增大，直至達到現在的23.5度。

小行星撞擊說認為地軸傾斜并非天生，而是由小行星撞擊所致。前蘇聯著名天文學家沙弗洛諾夫（Shafronov）深入研究后提出，地球自形成至今已約46億年。在地球形成后的約1億年，一顆直徑達1000公里、質量萬億億噸的小行星受地球引力吸引闖入大氣層。當時地球尚未形成厚實大氣層，小行星以每秒14公里速度猛烈撞擊，導致地球自轉軸傾斜，表面溫度急劇上升。

• 中國

在中國，黃赤交角的測定歷史可追溯到戰國時期的石申夫和甘德，他們在測量天體赤經和赤緯的過程中，初步得出了黃赤交角的數值。然而，最早的確切數據來自《周髀算經》，其中將黃赤交角取整為24度，與現代測量值23°29’較為接近。盡管這一數值在所有黃赤交角數據中誤差最大，但在很長一段時間內被廣泛引用。隨后，中國天文學家持續測定二至日的影長來精確黃赤交角的計算。至東漢元和二年（公元85年），編?在編纂[zuǎn]《四分歷》時，與傅安制造黃道渾儀時經過反復測量得出黃赤交角值仍為24度。宋代一直沿用24度這一數值，但與真實值存在較大的誤差。直到北宋咸平四年（公元1001年）史序的《儀天歷》才初步進行了調整，將誤差縮小至1'。隨后，在北宋末年，舜輔在《紀元歷》中提出了新值，將誤差進一步減少至23"。這一新值和計算方法對南宋歷法編算產生了深遠影響，促使天文儀器制造家放棄舊數據，采納新的觀測值。金代趙知微的《重修大明歷》也提出了新值，其誤差為39"。元代，郭守敬使用渾儀測得高精度值，但圭表所測的結果更為精確。明代朱載堉也運用了相同方法，得到了誤差僅為10"的精確數值。中國的一整套黃赤交角觀測值早在公元前四世紀就已形成，其誤差已小于半度。隨后的觀測誤差基本都在3"以下。這些系統而精確的觀測數據主要是通過圭表測影和渾儀兩種方法同時獲得的，這些數據為十八世紀天文學家關于黃道傾角易變性的討論提供了有力證據。

• 國外

古希臘的喜帕恰斯（Hipparchus）和托勒密（Ptolemy），都曾用星盤對黃赤交角進行過測定。這種測定的意義在于理解地球在宇宙中的位置及其與太陽和其他行星的關系。由于赤道歲差和行星歲差的影響，黃赤交角經歷了長期的變化。丹麥天文學第谷·布拉赫（Tycho Brahe）注意到了恒星黃緯的系統性變化，從而揭示了這種長期變化的現象。經過研究，他發現黃赤交角在平均周期40000年中變化

至

。這種變化是周期性的，目前黃極正在向天極靠近，每世紀黃赤交角減小

左右。這種減小預計還將持續約15000年，之后將開始增大。為了更精確地描述這種變化，天文常數系統中給出了標準歷元時黃赤交角的數值。1885年，西蒙·紐康（Simon Newcomb）根據行星位置的觀測結果，提出了一個公式來描述黃赤交角的變化：

。這個公式中的T代表回歸世紀，從B1900.0起算，該公式在1896年巴黎召開的基本星國際會議上被采納，并從1901年開始使用。隨著時間的推移，天文常數的計算方法和精度也在不斷提高。1964年，國際天文學聯合會（IAU）在其第12屆大會上通過了一組新的常數——1964常數系統，從1968年開始采用這個系統。同樣地，這個系統也使用上述公式進行計算。1976年，IAU在其第16屆大會上通過了IAU1976年常數系統，并從1984年開始采用李斯克（Lieske）給出的新公式：

，這個公式中的T是從J2000.0年起算的儒略世紀數（1個儒略世紀等于36525日），同時采用慣性系統的春分點后，

（J2000.0）為

。在推導這些常數的過程中，除了行星的觀測資料外，還需要使用歲差和章動模型。從1986年到2006年，IAU采用了不同的歲差和章動模型，包括紐康常數系統中的日月歲差和剛體章動理論，1964天文常數系統中的伍拉德（Woolard）章動理論，到了1983年時，MERIT規范、IERS規范（1989年、1992年、1996年）仍然采用后續的Lieske歲差（即L77歲差模型）和whar章動理論（即IAU1980章動模型）等。這些模型為黃赤交角的精確測定提供了基礎，所以J2000.0時刻的黃赤交角為23°26′21.4119"。在IERS2003年規范時，分別采用IAU2000A歲差模型和MHB章動模型得到：

。由于研究和發展仍在繼續。根據2000年和2006年IAU第24和26屆大會的決議，采用了MHB2000章動模型和符合此章動與動力學理論的P03歲差模型，得到公式：

。式中T是從J2000.0年起算的儒略世紀數。P03模型中黃道定義與1981年斯坦迪什（StANDish）給出的定義是不同的，P03定義的黃極是在BCRS中地月質心的平均軌道角動量矢量。從2010年開始采用IAU2009天文常數系統，對應J2000.0黃道交角的值為

，精度為

。這些模型和公式為現代天文學提供了對黃赤交角變化的深入理解和精確預測。

黃赤交角的核心影響是地球公轉導致太陽直射點的回歸移動。這種移動是由于地球傾斜的軸線在公轉過程中，使得太陽直射點不是固定在一個位置，而是在南北回歸線之間做周期性的往返移動。這種回歸移動引發了地球上的四季交替和晝夜長短的變化。當太陽直射點位于北半球時，北半球進入夏季，南半球進入冬季；而當太陽直射點南移至南半球時，情況則正好相反。這種周期性的變化不僅影響了地球的氣候和生態環境，也與人類的生產生活密切相關。

• 五帶劃分

熱帶是指地球上有太陽直射的地方，寒帶是指地球上有極夜和極晝現象的地方，溫帶是指沒有太陽直射及極夜和極晝現象的地方，即回歸線和極圈是五帶的劃分界線。黃赤交角決定了熱帶、溫帶和寒帶的范圍。當黃赤交角變大時，熱帶和寒帶的范圍會擴大，而溫帶的范圍則會縮小。當黃赤交角為0°時，地球全年都會受到太陽的直射，全球各地全年正午太陽高度角無變化，季節冷熱變化消失，全球全年晝夜平分，晝夜長短也沒有變化。若黃赤交角為45°，太陽直射點在45°N和45°S間移動，此時45°緯線為回歸線。而當黃赤交角為90°時，地球的赤道面垂直于黃道面，這時地球上的五帶將消失，全球任何地方都有機會出現極晝夜，季節變化也會變得極為明顯。

• 四季更替

由于地球的自轉軸與公轉軌道面之間存在夾角，使得太陽直射點在赤道兩側來回移動，從而形成了四季的變化。黃赤交角越大，太陽直射點的移動幅度就越大，各地的晝夜長短和正午太陽高度角的年變化幅度也就越大，季節的變化也就越明顯。反之，當黃赤交角變小時，季節的變化就會變得不那么明顯。

• 節氣變更

由于地球自轉、公轉的角度和周期始終處于變化之中，太陽直射的位置也就不同，這一位置變化會引發氣候的改變，因此有了節氣的說法。二十四節氣的名稱最早見于《淮南子》，包括十二個節氣和十二個中氣。當太陽直射北回歸線時，北極圈及其以北地區則出現極晝現象，天文學上稱為“夏至”；太陽直射南回歸線時則稱為“冬至”，直射赤道的兩次分別為“春分”和“秋分”。夏至、冬至、春分、秋分反映著季節變化，標志著寒暑的更替，是最早被測出的四個節氣。除此之外，反映季節變化的節氣，還有“四立”，即立春、立夏、立秋、立冬，象征著四季的開始。反映氣溫變化的節氣是小暑、大暑、處暑、小寒、大寒。反映天氣變化趨勢的是雨水、谷雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪。提示農牧業操作、物候規律的是驚墊、清明、小滿、芒種。

地球極移是地球表面物質運動（如海潮、洋流等）與地球內部物質運動（如地幔對流等）共同作用的結果。這導致地球自轉軸在頂角約為0.5″的圓錐面上運動，從而使極點的位置發生變化。這種現象具有顯著的運動周期性，其中主要的13個月周期由12個月和14.1個月兩個分量組成，與天文觀測結果相符。極移的運動軌跡呈橢圓形，顯示出其運動的規律性和可預測性。振幅長期保持穩定并有增加趨勢，這得益于太陽輻射的持續作用。此外，極移還存在由東向西的反向運動現象，但在不同周期項中的表現有所不同。黃赤交角與地球極移息息相關，共同影響著地球的氣候和季節變化。黃赤交角的增減會直接影響太陽直射點的位置，進而引發熱帶和極地地區的溫度和降水變化。而地球極移的微小變動也會導致黃赤交角的變化，增加了氣候和季節的不確定性。因此，兩者相互作用，共同塑造著地球的氣候格局。