太阳和月亮书写的历书

太阳和月亮书写的历书

作者|吴霞辉

审核|黄坚

编辑|贺柏翔

迢迢牵牛星，皎皎河汉女。

纤纤擢素手，札札弄机杼。

终日不成章，泣涕零如雨。

河汉清且浅，相去复几许。

盈盈一水间，脉脉不得语。

——《迢迢牵牛星》

织女因整日思念牛郎而织不成布，虽只相隔浅浅的银河，却只能遥遥相望，泪水零落成雨。唯美的诗词背后还蕴涵着不少的天文知识，比如牛郎星和织女星，就是天文学中的河鼓二与织女一，分别位于天鹰座与天琴座，与天鹅座的天津四共同构成了夏季星空的标志——夏季大三角。

夏季大三角（图片来源于stellarium）

今天小星要给大家谈一谈“终日不成章”中的“日”。先秦古诗《击壤歌》中有云：日出而作，日入而息。古代农耕社会，古人在太阳升起时外出劳作，太阳落下回家休息。昼夜交替，慢慢就形成了日的概念。一日，简单的说就是一天的时间，那么一天究竟有多长呢？也许你会说一天当然是24小时了，然而，天文学中的一日，与我们常说的24小时有很大不同。

击壤图（图片来源于网络）

首先介绍一下恒星日。其有两种定义，以遥远恒星定义的称为stellar day，这是地球自转一周所需要的时间，也是某一恒星连续两次上中天的时间间隔，长度为23小时56分4.098903691秒。还有另一种恒星日，被称为sidereal day，定义sidereal day的不是恒星，而是黄道与天赤道的升交点——春分点，春分点连续两次上中天的时间间隔便是1 sidereal day（sidereal由拉丁语sidus演变而来，意为恒星），由于春分点不断向西移动，所以1 sidereal day与1 stellar day有微小差异，1 sidereal day长度为23小时56分钟4.09053083288秒，比1 stellar day短约8.4毫秒。恒星日对天文观测有很大意义，但日常生活中基本不使用。因为地球自转不断变慢，所以两种恒星日都将越来越长。

恒星日与太阳日（图片来源于网络）

除了恒星日，天文学中还有其他日的概念，比如太阳日和太阴日。其中太阳日又分为真太阳日和平太阳日。顾名思义，太阳日就是以太阳为标准定义的日，而太阴日则是参考月球运行规律制定的。

真太阳日为太阳两次上中天的时间间隔。自古以来，地球运动给人们提供了计量时间的依据，古时人们用圭表测日影的方法来测定日的长度，如某天正午太阳位于正南方时，表影最短，从这一时刻起算到第二天正午、太阳再次位于正南、表影最短的时间间隔就是一天，也就是一个真太阳日。由于地球轨道并不是完美的圆以及黄赤交角的存在，真太阳日的长短并不完全相同，一年中最长和最短的真太阳日可相差51秒。恒星日只在天文工作中使用，日常生活中我们所用的“日”通常指昼夜更替的周期，显然更接近于（但并不等于）真太阳日。

夏至致日图（图片来源于网络）

由于真太阳日的长短不一样，用它来计时很不方便。为了弥补这一缺陷，假想有一天体在天赤道上匀速由西向东运行，此速度等于太阳在黄道上运行的平均速度，这个假想的天体称为“平太阳”。平太阳连续两次上中天的时间间隔叫平太阳日，这也是一年内真太阳日的平均值。平太阳日比恒星日约长4分钟，一平太阳日即为我们日常生活中所说的24小时。

恒星日与太阴日的比较（图片来源于网络）

太阴日是月球中心连续两次上中天所需要的时间。平均是24小时52分20秒，比平太阳日长50.47分。这是由于月球公转方向和地球自转方向相同，月球每日在白道上平均运行13°11′，因此当地球自转一周后，月球已经沿轨道向前运行了13°11′，而地球需要再转过13°11′（地球绕过这个角度所需的时间约是50分），月球中心才能两次经过这一子午线。所以，在同一地点，月球上中天的时刻比前一天要晚50分钟。