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地球自轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)方式

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地球自轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)方式

摘要: 　　1.歲差在東西方天文學(xué)中的不同含義。在開(kāi)始本節(jié)內(nèi)容之前，有必要給讀者介紹一下什么是“歲差”。中國(guó)東晉天文學(xué)家虞喜，采用與西方黃道坐標(biāo)系不同的赤道坐標(biāo)系，于公元300年獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了冬至點(diǎn)移動(dòng)現(xiàn)象，并將此現(xiàn) ...

　　1.歲差在東西方天文學(xué)中的不同含義。在開(kāi)始本節(jié)內(nèi)容之前，有必要給讀者介紹一下什么是“歲差”。中國(guó)東晉天文學(xué)家虞喜，采用與西方黃道坐標(biāo)系不同的赤道坐標(biāo)系，于公元300年獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了冬至點(diǎn)移動(dòng)現(xiàn)象，并將此現(xiàn)象命名為“歲差”。①

　　虞喜冬至點(diǎn)移動(dòng)示意圖（圖1）
　�。ㄕf(shuō)明：本示意圖是借用星像解碼中28宿星圖所作。除虞喜及作者對(duì)冬至點(diǎn)移動(dòng)角度外，均不代表作者觀點(diǎn)。圖中黃色線條構(gòu)成夾角為虞喜原計(jì)算，綠色線條構(gòu)成夾角為作者修正計(jì)算）。虞喜當(dāng)時(shí)求得冬至點(diǎn)退行（移動(dòng)）速度為約“50年退一度”（50年/度），即72角秒/年。從上面示意圖中可以看出：由于赤北極移動(dòng)原因，虞喜時(shí)代（公元300年）和唐堯時(shí)代（公元前2400年）峁宿與壁宿構(gòu)成的夾角是不同的。虞喜時(shí)代夾角明顯大于唐堯時(shí)代夾角，唐堯時(shí)代應(yīng)為40度左右。因此作者認(rèn)為準(zhǔn)確的計(jì)算式應(yīng)為 ：2700/40=67.5年/度。即53.33角秒/年。古希臘天文學(xué)家喜恰帕斯于公元前二世紀(jì)，采用黃道坐標(biāo)系最先發(fā)現(xiàn)了春分點(diǎn)沿黃道向西移動(dòng)現(xiàn)象。喜帕恰斯當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)春分點(diǎn)黃經(jīng)變化值為36角秒/年，即100年/度，現(xiàn)代天文學(xué)通過(guò)最近200年的觀測(cè)資料，測(cè)定春分點(diǎn)黃經(jīng)變化值為50.27角秒/年。即71.613年/度。國(guó)際天文學(xué)界將古希臘天文學(xué)家喜恰帕斯發(fā)現(xiàn)的這個(gè)天文學(xué)現(xiàn)象命名為equinoxes，precession of，它的準(zhǔn)確含義是 “晝夜平分點(diǎn)（春分點(diǎn)或者秋分點(diǎn)）進(jìn)動(dòng)”。
　　并被直接翻譯為“歲差”。

　　現(xiàn)代天文學(xué)關(guān)于春分點(diǎn)，恒星年和回歸年三者關(guān)系示意圖（圖2）
　　在這個(gè)示意圖中，最近200年測(cè)定的春分點(diǎn)平均移動(dòng)值50.27角秒/年雖然被規(guī)定為常數(shù)。但它并不符合喜恰帕斯測(cè)定記錄36角秒/年。因此計(jì)算出的所謂25780年“歲差周期”，只是一個(gè)假設(shè)的周期。
　　人們最先關(guān)注歲差現(xiàn)象是因?yàn)樗婕暗綒v法的準(zhǔn)確性。因此在相關(guān)辭條解釋中往往都有這樣的論述：恒星年主要應(yīng)用于天文學(xué)。迄今為止，這個(gè)基本認(rèn)識(shí)還是占據(jù)主導(dǎo)地位。在這個(gè)基本認(rèn)識(shí)影響下，一談到歲差，一般人（包括不少天文學(xué)家）就會(huì)下意識(shí)反應(yīng)：現(xiàn)代科技高度發(fā)達(dá)，歷法的準(zhǔn)確性已經(jīng)解決。學(xué)習(xí)歲差完全沒(méi)有什么實(shí)際意意義..但從地球科學(xué)角度考察，天文和地理存在密切聯(lián)系。弄清楚地球的第三種運(yùn)動(dòng)方式，對(duì)了解地球演變歷史肯定有著非常重要的意義。
　　2.哥白尼和牛頓對(duì)歲差原因解釋的異同。
　　無(wú)論是古代中國(guó)天文學(xué)家還是古希臘天文學(xué)家，之所以關(guān)注歲差，是因?yàn)檫@個(gè)現(xiàn)象直接關(guān)系到歷法的準(zhǔn)確性。兩分兩至點(diǎn)（春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)，冬至點(diǎn)和夏至點(diǎn)）是地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道上的4個(gè)特殊位置點(diǎn)。如果對(duì)它們的位置測(cè)定發(fā)生偏差，將會(huì)使得歷法混亂，失去指導(dǎo)人們進(jìn)行農(nóng)耕活動(dòng)的意義。因此從古至今，東西方天文學(xué)界都對(duì)歲差現(xiàn)象進(jìn)行著不斷的觀測(cè)學(xué)習(xí)，但對(duì)引起歲差現(xiàn)象的原因的學(xué)習(xí)，卻長(zhǎng)期處于沉寂狀態(tài)。最早探索歲差原因的是偉大的波蘭天文學(xué)家哥白尼。他不但發(fā)現(xiàn)了地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的秘密，提出了劃時(shí)代的“日心說(shuō)”，揭示了地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且還根據(jù)前人對(duì)兩分點(diǎn)移動(dòng)變化的天文觀測(cè)資料，最先提出地球赤道平面移動(dòng)（其實(shí)質(zhì)是地球自轉(zhuǎn)軸移動(dòng)），是造成歲差現(xiàn)象原因的假說(shuō)。以下是哥白尼天體運(yùn)行論第三章相關(guān)內(nèi)容。
　　“…讓我們?cè)谝粋�(gè)球面上畫出黃道ABCD。令它的北極為E，魔羯宮第一點(diǎn)為A，巨蟹座第一點(diǎn)為C，白羊?qū)m第一點(diǎn)為B，而天枰宮第一點(diǎn)為D………。首先令地球北極位于F�！�.兩種運(yùn)動(dòng)同時(shí)作用并使極點(diǎn)得到平衡位置I，視赤道與均勻或平均赤道完全吻合�！�.并最后掃出我之稱為扭曲線的FKILGMINF。因此明顯可知，在黃赤交角變化一周中，地極向前進(jìn)兩次到達(dá)端點(diǎn)，并兩次朝退后到達(dá)端點(diǎn)�！雹�
　　為了幫助讀者更好理解哥白尼的觀點(diǎn)，本人將天體運(yùn)行論中圖3.2進(jìn)行了相應(yīng)的色彩區(qū)分和標(biāo)注。③

　　哥白尼關(guān)于兩分點(diǎn)及黃赤交角移動(dòng)示意圖（圖3）
　　從上面的引文和書籍照片中我們可以清楚地發(fā)現(xiàn)：
　　1. 哥白尼是在黃道坐標(biāo)系中討論和推導(dǎo)由于春分點(diǎn)移動(dòng)可能產(chǎn)生的地軸移動(dòng)形式的。
　　2. ABCD圓圈示的是黃道平面，E表示黃極。
　　3. OQP和BHD圓圈分別表示由于春分點(diǎn)移動(dòng)產(chǎn)生的兩個(gè)赤道平面。B，O，P，D分別表示赤道平面移動(dòng)產(chǎn)生的的黃道平面的4個(gè)交點(diǎn)。Q，H則表示赤道平面移動(dòng)產(chǎn)生的與黃經(jīng)某度的兩個(gè)交點(diǎn)。
　　4. FKIMGLINF曲線，即哥白尼所言的“扭曲的小王冠相似的線條”。表示地軸移動(dòng)在天球上面的投影軌跡，I是其平衡位置。即赤北極的中心位置。.I至E的角距為黃赤交角的平均角度。
　　哥白尼提出的地球自轉(zhuǎn)軸移動(dòng)“FKIMGLINF”形式與牛頓提出的“陀螺”假說(shuō)（地球自轉(zhuǎn)軸以23.46度固定角度圍繞黃極旋轉(zhuǎn)）有著明顯的差異。牛頓“陀螺”假說(shuō)認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)軸是圍繞黃極作圓周運(yùn)動(dòng)，而哥白尼認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)軸是按照“小王冠相似的“扭曲曲線圍繞赤北極平衡位置運(yùn)動(dòng)。從某種意義上說(shuō)，哥白尼在黃道坐標(biāo)系中提出的地軸“FKIMGLINF”移動(dòng)方式，已經(jīng)接近事實(shí)真相。如果他當(dāng)年對(duì)東方的赤道坐標(biāo)系和中國(guó)古代天文學(xué)歷史觀測(cè)資料有基本理解，也許他是能夠發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)軸沿赤經(jīng)14H方向的真實(shí)移動(dòng)方式的。
　　英國(guó)科學(xué)家牛頓及西方其他天文學(xué)家后來(lái)對(duì)哥白尼的假說(shuō)進(jìn)行了修正，改變了哥白尼關(guān)于地球自轉(zhuǎn)軸環(huán)繞赤北極移動(dòng)軌跡，提出了解釋歲差現(xiàn)象原因的“陀螺”假說(shuō)。牛頓的解釋是這樣：引起歲差現(xiàn)象的主要原因是太陽(yáng)和月亮對(duì)地球赤道隆起局部的合力對(duì)地球自轉(zhuǎn)軸的影響。由此產(chǎn)生了所謂的“陀螺”效應(yīng)，使得地球的自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生了“進(jìn)動(dòng)”，即圍繞黃北極，以23.46度為半徑劃出一個(gè)小圓�，F(xiàn)代天文學(xué)界依據(jù)牛頓假說(shuō)和最近200年春分點(diǎn)在黃道上移動(dòng)的平均速度50.27角秒/年，計(jì)算出赤北極圍繞黃北極旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為25800年(360*3600/50.27=25780)。

　　牛頓“陀螺”假說(shuō)示意圖（圖4）
　　在歲差問(wèn)題上面，牛頓只是對(duì)哥白尼首先提出的地球自轉(zhuǎn)軸“進(jìn)動(dòng)”觀點(diǎn)進(jìn)行了力學(xué)解釋，他只是從理論力學(xué)角度對(duì)哥白尼的觀點(diǎn)加以修正，改變成理想狀態(tài)的所謂“陀螺”運(yùn)動(dòng)，并沒(méi)有提供新的天文觀測(cè)事實(shí)對(duì)自己提出的假說(shuō)加以論證。由于古代西方天文學(xué)一直采用黃道坐標(biāo)系觀測(cè)星空，對(duì)赤北極移動(dòng)軌跡的觀測(cè)精度，遠(yuǎn)比采用赤道坐標(biāo)系的中國(guó)古代天文學(xué)觀測(cè)精度差，并且也不足北極星變遷的歷史觀測(cè)資料。所以自天體運(yùn)行論問(wèn)世和牛頓提出“陀螺”假說(shuō)以來(lái)，西方天文學(xué)界一直沒(méi)有人對(duì)赤北極真實(shí)的移動(dòng)軌跡進(jìn)行過(guò)深入的學(xué)習(xí)。牛頓的“陀螺”假說(shuō)可以解釋春分點(diǎn)沿黃道西行現(xiàn)象，因此自提出以來(lái)得到了國(guó)際天文學(xué)界的承認(rèn)，并成為解釋歲差現(xiàn)象的權(quán)威觀點(diǎn)。根據(jù)牛頓假說(shuō)可以推論：春分點(diǎn)沿黃道移動(dòng)的方向和角速度應(yīng)該等于赤北極（地球自轉(zhuǎn)軸北端的延長(zhǎng)線）移動(dòng)的方向和角速度，即逆時(shí)針?lè)较蚝?0.27角秒/年。但現(xiàn)代天文學(xué)精確測(cè)定的赤北極移動(dòng)方向和速度數(shù)值，并不支持牛頓“陀螺“假說(shuō)。④如果我們能夠沖破盲目崇拜權(quán)威的心理定勢(shì)，堅(jiān)持實(shí)踐是檢驗(yàn)一切理論的真理性的原則，在尊重客觀事實(shí)基礎(chǔ)上對(duì)牛頓的“陀螺”假說(shuō)進(jìn)行質(zhì)疑，也許能夠得出和牛頓假說(shuō)不同的結(jié)論的。從上面的論述中，我們可以發(fā)現(xiàn)哥白尼都認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)是造成歲差現(xiàn)象的原因，但對(duì)地球自轉(zhuǎn)軸移動(dòng)的方式卻存在不同觀點(diǎn)。哥白尼認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)軸是圍繞赤北極平衡位置進(jìn)行“扭曲的小王冠式”運(yùn)動(dòng)，牛頓則認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)軸是圍繞黃北極進(jìn)行“陀螺”運(yùn)動(dòng)。盡管他們各自主張的地球自轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)方式不同，但共同點(diǎn)很明顯：地球除公轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還存在第三種運(yùn)動(dòng)----自轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該承認(rèn)這是一個(gè)了不起的發(fā)現(xiàn)，它可能是揭開(kāi)地球演變歷史秘密的一個(gè)途徑。
　　本節(jié)注釋
　　① “虞喜根據(jù)堯典記載“冬至日短星昴”，而當(dāng)時(shí)實(shí)測(cè)冬至點(diǎn)在“東壁中”，即壁宿九度。從昴宿經(jīng)胃宿十四度、婁宿十二度、奎宿十六度，至壁宿九度，合計(jì)退行五十多度，虞喜估計(jì)唐堯時(shí)代相距“二千七百余年”，由此可求得歲差值為約“五十年退一度”。----摘自百度.百科
　�、冖壅� 哥白尼天體運(yùn)行論北京大學(xué)出版社2006年第一版    P86---P87
　　④ 根據(jù)中國(guó)天文年歷多年的（北極星視位置）數(shù)值計(jì)算，赤北極緯度方向平均移動(dòng)速度為14.98角秒/年

地球自轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)方式  |  責(zé)任編輯：蟲(chóng)子
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