古人如何得知年的定义和周期？回归年与春分点｜STEM教室

你知道一年的开始是哪一天吗？这好像有点多此一问，不就是1月1日吗？慢着，为甚么不可以是农历的正月初一？又为甚么不是廿四节气的立春或其他日子呢？这些都是与天文学有密不可分的关系，当中其实大有学问。

一年之间的日落方位会随日子而异。

观象授时知「年」期？

普遍来说，一年的定义就是地球围绕太阳运行一周的时间，约365又1/4日。但当古人仍以为地球是世界中心时，又如何得知年的定义和周期？我们都知道，太阳从日出至日落再到另一个日出来临，就称为「日」。而仔细观测每天的日出或日落，就会发现太阳的位置每天都稍有不同。其实太阳并不一定在正东方升出、正西方落下，而是有时偏北、有时偏南。只要持之以恒每天记录太阳的出没方位，就会发现太阳的位置是有规律地循环改变，这周期就可称为「年」。

在世界各地的巨石阵（Stonehenge）或好一些古代建筑物，建筑方位与太阳周年间出没位置关系密切，部分考古学家认为是为了记录太阳出没位置而建造的天文测量工具。

另外，利用立竿见影的方法亦是测量太阳运动周期的途径。只要在平地上竖立一支直竿，并在地上准确地沿竿子的南北方向画上直綫。当每天阳光将竿影投在地上与南北綫重叠时，就记录影子顶端的位置。只要持之以恒每天进行记录，就会发现影子在南北綫上的位置有规律地循环改变，而这周期亦可称为「年」。中国古代的天象仪器「圭表」就是以此原理测量一年的长度及厘定二十四节气的日期。

而仔细观测每天的日出或日落，就会发现太阳的位置每天都稍有不同。

在北京古观象台的圭表上，日影最长的一天就是冬至，最短的一天就是夏至。

如若在日出前或日落后留意一下太阳方向的背景星空，就会发现太阳于不同季节会走到不同的星座（如下图）。持之以恒每天记录太阳所经过的星座，就会发现这现象亦是有规律地循环，此路径称为「黄道」（Ecliptic），而太阳在黄道上运行一圈的周期亦是一「年」。

此路径称为「黄道」（Ecliptic），而太阳在黄道上运行一圈的周期亦是一「年」。

回归年与春分点

以上提及的几个测定「年」的方法，都是依据太阳在黄道上运行一周的时间而定，这称为「回归年」，长约 365.2422日。由于地球的自转轴倾侧了23度半，令太阳时而直照南半球或北半球，这造成季节变化及不同的日照长短。而当太阳直照地球赤道之时，太阳处于黄道与天赤道的交点，这就是春分点（Vernal Equinox）和秋分点（Autumnal Equinox）。在天文学上，春分点意义重大，不但是天球座标[赤经RA, 赤纬Del] [0,0]的位置，亦是黄道的起点（黄经0度），更可以视为一个回归年之起始。原来「一年之计在于春」是有这样的天文学含意。

世界上有不少国家和民族都视春分为重要节日，例如在日本「春分の日」就是公众假期，以庆祝春天的来临；印度的重要节日「好丽节」以及伊朗的「纳吾肉孜节」即波斯新年等。除了回归年外，还有以地球近日点来定义的「近点年」、以太阳于背景恒星位置来定义的「恒星年」。原来「年」这个问题并不简单啊！在日常生活中多观察、细思考、常提问，就有可能发掘出更多有趣的原理来。

黄道与天赤道相交23.5度，太阳沿黄道自南向北穿越天赤道的是春分点，北向南穿越天赤道的是秋分点。

除了回归年外，还有以地球近日点来定义的「近点年」、以太阳于背景恒星位置来定义的「恒星年」。原来「年」这个问题并不简单啊！在日常生活中多观察、细思考、常提问，就有可能发掘出更多有趣的原理来。

文、图：许浩强老师 资深天文教育工作者 部分图片：Stellarium、Vito Technology, Inc.及网上图片

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