重新认识“回归年”、“恒星年”及“岁差”

我们经常说“年岁”，现在语境里“年”和“岁”是一个意思，但在我国古代历法中其实是两个不同的时间概念。在农历中从上一个正月初一到下一个正月初一之间的时间间隔，称为“一年”；从上个冬至到下一个冬至之间的时间间隔，谓之“一岁”，等于现在天文上说的一个回归年。古人把这个“一岁”叫做“岁实”，意思是真实的岁长。

岁实是中国用的太阳年，是一个回归年的真实长度。

回归年是指太阳连续两次通过春分点的时间间隔，即太阳中心自西向东沿黄道从春分点到春分点所经历的时间，也可以说是从秋分点到秋分点、从夏至点到夏至点、冬至点到冬至点的时间间隔。我们知道太阳直射点南北移动，所以也称为太阳连续两次直射于北回归线（或南回归线）的时间间隔。

从这个意义上说，太阳年又称“回归年”、“季节年”。回归年是以太阳为参照物，是地球绕太阳公转一圈所需要的时间。1回归年长度为365.242198天，即365日5时48分46秒。这是根据121个回归年的平均值计算出来的结果，所以每个回归年的时间长短并不相等。

恒星年是以天球上固定的点（某个恒星）为参照物，地球在公转轨道上绕太阳运行一周所需的时间，是地球公转的真正周期。从上帝或太阳的角度看，地球中心从天空中的某一点出发，环绕太阳一周，然后又回到了此点，就是一个恒星年；若从地球上看，太阳中心从一个恒星的位置再回到这个位置，就是一个恒星年。

在一个恒星年里，地球公转一圈所需的时间为365日6时9分10秒。我们可以看到，一个恒星年比一个回归年多了约20分24秒。

于是问题就来了，二者既然都是反映地球公转的周期，为啥不相等呢？

回归年短于恒星年的现象，在天文学上叫做“岁差”。顾名思义，就是一岁差了一点点嘛。

所谓的“岁差”，是指地球自转轴长期进动（一个自转的物体受到外力作用导致其自转轴绕某一中心旋转的现象），引起春分点沿着黄道西移，使回归年短于恒星年的现象。在外力作用下，地球自转轴在空间并不保持固定的方向，而是不断发生变化。简单来说，岁差是地球公转和地轴运动相结合的结果。

假设春分时，太阳直射点由赤道开始，向北移动，夏至时到达北回归线，然后南移，秋分时回到赤道。继续向南移动，冬至时到达南回归线，最后又往北移动到达赤道回到春分点。这样太阳就完成了直射点的回归运动，历时约一年的时间。

在这一年的旅程里，地球围绕太阳转一圈，地轴也没闲着，它在北天极和南天极上空转了个小圈，使得太阳直射点提前到达赤道，即提前回到了春分点。实际上，这时地球绕太阳公转还没有完成一圈，它还没回到原点呢，所以恒星年要比回归年长一点。

牛顿在1687年发现了万有引力定律，同年首次对岁差现象进行了理论上的解释：地球在绕太阳公转的同时也在自转，受到太阳和月球不平衡引力的共同影响，在万有引力作用下地球自转轴产生摆动，即地轴绕着黄轴（通过黄道面圆心并于黄道面垂直的直线）旋转，在空间上形成一个半径为23.5°（黄赤交角）的圆锥面，从而使春分点和秋分点沿着黄道向西移动，每年大概移动50.26″，大概76年（实际是71年8个月，即71又2/3年）移动1°，大约25786（360°ⅹ3600÷50.26″）年就会西移一圈（360°）。当然不是真的会回到原来的位置，因为太阳系每2.25亿年又会绕银河系转一圈，所有的恒星都要跟着转动，只是因为距离太过遥远，上亿年的尺度变化太小，我们感觉不到，反而是地轴的进动看到的变化更明显。

所以呢，大家要明白二十四节气虽然是黄道上固定的二十四个时间点，实际上每年都有缓慢和微小变化的。

学过物理的小伙伴应该明白，刚体自转如果角速度不够大，自转轴绕进动轴旋转时，自转轴在方向的改变中会出现如“点头”般的摇晃现象，我们称之为章动。也就是说，地球自转轴绕黄轴旋转时，除了自转和进动外，还会产生章动，即地轴在铅锤面内上下微小摆动。

因此，造成岁差的原因其实是地球自转轴进动和章动共同作用的结果。

历史上最早发现岁差现象的是公元前2世纪古希腊天文学家喜帕恰斯，他推算出春分点每100年西移1°。

我国古代则以观测冬至点的移动来推算岁差。

东晋的虞喜通过实地观测和对比前人观测结果，首先发现岁差现象，并得出结论冬至点每50年西移1°。

最先把岁差应用到历法的，是南北朝时著名的天文学家、数学家祖冲之，他把岁差引用到《大明历》中，历法中才真正消除了岁差的影响。

到这里，小伙伴会问全球各地的昼夜长短和正午太阳高度的季节变化、阳历和阴历的历年安排、二十四节气的划分，为啥都以回归年为周期呢？

原因很简单。

其一，你是看太阳计时的，而不是看某个恒星来计时的嘛。因为回归年对人类活动太重要了，而且回归年是人类对“年”最初的认识。

人类对时间的认识起源于对自然天象的观察。比如太阳东升起落、昼夜交替、四季轮回等。这些与时间相关的自然现象我们称之为自然时钟。回归年正是以自然时钟为尺度的年，我国古代通过圭表测日影的办法来测定冬至，并把冬至定为一年之始，这一天昼短夜长。西方古文明则是把春分作为一年之始，那一天昼夜相等。以自然时钟为尺度的回归年与农业生产活动息息相关，比如我们的二十四节气。