回归线漂移的天文成因

前言

“大陆漂移”这个词大家听得多了，回归线漂移恐怕还是头一次听说。人们可能不知道，在去年一年里，由于黄赤交角的改变，北回归线悄悄南移了大约十多米，南回归线也同样北移了十多米，也就是上面的分界向下移，而下面的分界又向上移，很明显就把地球的热带地区将近1080平方公里(中国的国土面积约为960万平方公里)的疆域压缩了。同时压缩的还有南北寒带，而取而代之的是南、北温带的扩张。今年，这种情况仍在继续，这就是所谓回归线的漂移。 由于回归线的漂移，我国最早的北回归线标志——建于公元1908年的嘉义北回归线标志已处在现在的北回归线北边一公里以外的地方，甚至今日的北回归线已不肯就范于后来修建的嘉义北回归线公园的界墙。

这种多少显得有点尴尬的局面决不是任何人为的疏漏，那麽究竟是什么原因造成了北回归线相对于它的地表标志不断地漂移呢？

嘉义的陈俊榕先生在其“漂移的回归线”一文中曾从实际应用的角度出发，对回归线的漂移做过简明清晰的论述，将其归纳为岁差、章动、极移和地球板块运动四点，相当全面地概括了目前人们已知的回归线漂移的自然动力，其中前三点均为天文学的研究范畴。它们对回归线漂移的影响方式和太小均不一样。下面就针对前三点天文现象及其对回归线漂移的影响作一简单讨论。

岁差(Precession)

在太阳，月亮和其它行星的引力作用下，地球自转轴在空间并不总是保持在同一方向上，而是不断发生变化。其长期变化使地球自转轴饶着地球公转轨道面(即黄道面)的垂直轴(黄轴)旋转，以大约26000年的周期在空间描绘出一个圆锥面，平均半顶角约23度半，即所谓黄赤交角。这种天文现象就叫岁差。

最早发现岁差现象的是公元前二世纪著名的古希腊天文学家依巴谷(Hipparchus，现译为喜珀恰斯)。他把自己观测得一批恒星的位置与150年前另外两位天文学家的结果相比较，发现春分点沿黄道退行(即春分点沿黄道顺时针移动)的现象；另外，公元330年前后，我国晋朝的天文学家虞喜也通过冬至日恒星中天的观测，独立地发现冬至点也在退行，并有一段精彩的阐述：“尧时冬至日短星昂，今二千七百馀年，乃东壁中，则知每岁渐差之所至”(《宋史。耶律志》)“岁差”一词的由来即在于此。

不管是春分点还是冬至点，它们的退行都是地轴绕黄轴旋转的表象，由于当时的科学水平所限，依巴谷和虞喜虽然发现了岁差现象，但却无法对其物理成因作出解释。

直到十六世纪，牛顿以天体力学为基础，通过严格地计算，才从理论上论证了岁差现象是由于日、月及行星的引力作用于地球的必然结果。他的论证说明了以下两点问题：

一是日、月的引力并不引起黄道和黄赤交角的改变，只能改变赤道面，因此，固定在赤道面上的春分点就沿着黄道退行，这叫做周年日月岁差。天极因此以大约26000年的周期沿顺时针方向绕黄极画出一个小圆。与此同时，它造成了恒星在天上的位置(天文学中以赤经，赤纬表述)有规律地改变其数值(不是相对位置)。这就是天文学家和天文爱好者在用现代化天文望远镜寻找某一颗恒星的时候，必须将其位置从星表历元按照一定的公式改正到观测的历元的理由。

二是其它行星的引力造成黄道面(即地月系重心绕日旋转的轨道面)本身发生了错动，这就使黄极在天上的位置也是改变的，有时接近天极，有时又远离天极，其位移轨迹是一条非常复杂的缧线。如果从黄极的角度来考虑，这种改变使得天极绕黄极的轨迹不再是一个规规矩矩的小圆，而是一个接近圆形的怪异曲线。也就是说，天极不仅围绕黄极旋转，而且不断地改变它们的距离，而这个距离实际上就是黄赤交角。

因此，行星岁差直接导致黄赤交角的改变，是回归线漂移的原因之一。
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