古天文 | 在天球上运动的太阳

关键词：天球，太阳，自转，公转，自西向东，自东向西，太阳日，恒星日

在上期《璀璨的星空与黄道》引入了在北极星空中的黄道，我们知道地球的自转，而在地球上看天球，看起来便在反方向转动。因此，每天晚上的星空图案都保持固定，并进行旋转，到第二天星空依然保持从同一“初始点”转动。但实际并非如此，随着一天一天地叠加，我们首先注意到黄昏时分的北斗七星在春天，夏天，秋天，冬天的“初始点”指向并不一致，但是他们的图案并没改变。这是为什么呢？因为地球的公转，也就是太阳同时在转动的天球上转动。

因为地球自转是自西向东，从北极向下看逆时针，那么从地球看天球就是自东向西。因为地球公转是自西向东，从北极向下也是逆时针，而从地球上看太阳依然是自西向东。可以发现，天球的自转和太阳在黄道运动的方向相反。

综合来看，就是太阳在黄道上保持自西向东运动，而同时跟随着天球做自东向西运动。在下左图中标出了地轴和天球赤道面，右图是以天球赤道为横坐标的天球展开图，类似世界地图以地球赤道为横坐标，其中黄色的曲线就是黄道。弧线的波峰点就是夏至点，前一个和横轴天球赤道的交点是春分点，后一个是秋分点，波谷点是冬至点。

在上期《璀璨的星空与黄道》中，我们在纸面模拟了看向星空时黄道的形成，但是有一个问题，那就是“活动脚”和“固定脚”的距离其实是缓慢变化的，黄道真正的“固定脚”是虚拟的天顶。天球赤道是以“北极星”为中心，并且距离固定，一天时间便可走完，而黄道需要一年，并且和“北极星”的距离在缓慢变化。下图中，北极星在紫微垣中，可以看出天球赤道是以其为圆心的，而黄道距其最远端就是冬至点，最近端就是夏至点，与天球赤道交点则是春分、秋分点。

上面谈到太阳在黄道上自西向东缓慢运动进行“周年”运动，而又随着天球一起自东向西转动一周进行“东升西落”的周日运动。这样两个相反的运动不禁会让我们考虑一“天”到底是怎样计算的？是的，我们又回到了对“时间”的思考，之前在《变化的影子与时间》这期中，我们谈到了时间的本质，是来描述运动，并且是参考某种“循环”运动进行描述。

那么这里所谓的一天，是指哪类运动的循环？答案类似之前提过的“太阳年”和“恒星年”，“太阳年”也称“回归年”。一种是以恒星即天球为背景的循环，一种是太阳影子在圭表回归点的循环。一天也分这两种，一种就是以恒星即天球为背景的循环，一种就是以太阳影子在日晷同一刻度的循环，或者称太阳在天空中某一位置的循环。前者称为“恒星日”，后者称为“太阳日”。那么因为太阳在黄道自西向东，而天球在自转，所以“太阳日”会比“恒星日”稍长。

这里总结一下，本期主要介绍了天球的运动和天球上太阳的运动，以及“一日”的含义。下期我们将继续回到夜空中，那里除了闪烁的星星外，还有“时胖时瘦”的月亮。