浅谈年月日：天文学里的时间差异

说起年、月、日的长度，可能大家首先想到的会是生活中常用的365天、30天、24小时。不过在天文学中，年月日却是有很多不同的种类和长度，下面我们就来简介几种天文学里不同的时间长度。

一、恒星日与太阳日

日月星辰东升西落，这是由于地球的自转产生的现象，而地球的自转周期为23h56m4s，被称为一恒星日。很明显，它并不等于我们日常生活中所使用的一天24小时，也就是一平太阳日。为何两者会有所不同？因为我们的地球在自转的同时，还在绕太阳公转。大家可以想象，假如地球停止自转，那么在它绕太阳公转一圈的时间内，地球上的人们仍然会经历一次昼夜交替（只不过由于地球逆时针的公转，太阳此时会西升东落）。由于太阳日是指一昼夜的长度，如果我们考虑到地球公转的影响，那么恒星日和太阳日必然不会相等。如下图：

由图可见，当地球完成一恒星日的自转后，A点还需再转过一个小角度才能和太阳处于同一相对位置上，从而造成平太阳日大于地球自转周期。其实，由于地球公转速度不均，太阳日的实际长度是不固定的，而这个实际的昼夜长度被称作一真太阳日。

二、恒星月与朔望月

月球是地球唯一的天然卫星，作为天空中一道亮丽的风景，月相的变化也和我们所使用的农历月息息相关。月相的变化，是由于月球绕地球的公转，导致地球上的人们看到的月亮相对太阳的位置不同，因此所能看到的月亮被太阳照亮的部分也不同。月相变化的周期是29d12h44m3s（29.53天），称为一朔望月；而月球绕地球公转的周期，是29d7h43m11.5s（27.32天），称为一恒星月。

为何月相的变化周期，不等于月球的公转周期？这和刚才所说的恒星日不等于太阳日的原因是一样的，是由于地球绕日公转，或者说，是由于地球带着月球绕太阳公转。我们把环绕地球的月球放入上一问题的图中，会发现当月球完成一圈绕地球的公转时，却也绕太阳公转过了一个角度，因此它必须再经过一段时间才能与太阳和地球处于同一相对位置，完成一个周期的月相变化。

说到这，不妨请大家思考一个问题，月球上一昼夜的长度是多少呢？如果你结合我们刚刚讨论的两个问题，就可以得出结论：月球上的太阳日长度正是一朔望月。因为月球被地球潮汐锁定，始终只有一面朝向地球，因此其自转和公转的周期相等，所以我们可以由其公转（自转）周期，用同样的方法得出一朔望月其实就是月球一昼夜的长度。

三、恒星年与回归年

如果你简单地认为，地球绕太阳转一圈就等于一年的长度，那你就大错特错了。天文学中的“年”其实有很多种，这里我们只介绍两种，恒星年和回归年。

恒星年：即地球公转的周期，为365d6h9m10s（365.256天）；回归年：可以视作四季交替的周期，为365d5h48m46s（365.242天）。为何不能直接把地球公转的周期当作四季交替的时间呢？主要原因在于太阳和月球的引力对地球的自转轴有影响。由于地球并不是完美的球体，且自转轴存在23°26′的倾角，日月的引力会使地球的自转轴绕垂直于黄道面（即地球公转轨道面）的方向做一个以26000年为周期的、顺时针的摆动，这一现象被称为岁差。正是由于岁差现象所造成的地球自转轴的摆动，导致了太阳连续两次直射南或北回归线的时间短于地球公转周期。

如果你熟悉天球坐标系，你也许听说过岁差所造成的两个现象：北天极的变化和春分点的移动。地球自转轴的摆动，在天球上的直观表现是北天极绕北黄极的旋转，虽然现在的北极星是勾陈一（小熊座α），但大约3000年前，曾经靠近北天极的恒星是右枢（天龙座α）。此外，岁差也会使春分点（即黄道和天赤道的交点之一）沿黄道缓缓向西移动，所以我们也可以更准确地把回归年表述为“太阳连续两次经过春分点的时间间隔”。

实际上，天文学中的各种时间和周期要比上文所介绍的复杂得多，本文也只是在尽量准确无误的前提下简洁地科普一部分知识和内容。要把这些时间与日常的生活习惯相结合，天文学家们也是花了不少的功夫，闰秒、闰月、闰年等，都是人们为了尽量消除真实的和生活中的时间差异所采取的措施。

参考资料：

1.《基础天文学》，刘学富，高等教育出版社

2.《天文·时间·历法》，李芝萍、贾焕阁，气象出版社

作者：丛雨

校对：毫秒

APC科普组编辑部

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