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。

 

太阳和月亮书写的历书

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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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恒星日、太阳日、太阴日区别(图片来源于网络)

 

参考资料:

1、太阴日,百科https://baike.sm.cn/item/0f83c535676b9f91467ee16203e85513.html?from=smsc&uc_param_str=dnntnwvepffrgibijbpr

2、Earth’s rotation,wikipedia ,https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_rotation#Stellar_and_sidereal_day

3、Sidereal time,wikipedia ,https://en.wikipedia.org/wiki/Sidereal_time#Sidereal_days_compared_to_solar_days_on_other_planets

4、真太阳日,百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E7%9C%9F%E5%A4%AA%E9%98%B3%E6%97%A5/2334238?fr=aladdin

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原文始发于微信公众号(星明天文台):太阳和月亮书写的历书

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