黄赤交角

黄赤交角（Qbliquity of The Ecliptic ），亦称"太阳赤纬角"或"黄赤大距"，指地球公转轨道面（黄道面）与赤道面（天赤道面）之间的交角。由于黄道面位置的不断变化，黄赤交角的度数并不固定，其范围大致在22°00′N至24°30′N之间，变化周期约为4.1×10年。目前测得黄赤交角的度数为23°26′20′′。

• 黄道平面

黄道平面（The Plane of the Ecliptic）——地球的公转轨道面，指地球绕太阳公转所形成的轨道所在的平面。

• 赤道平面

地球赤道所在的平面称为赤道平面，它过地心并与地轴垂直，也是地球自转的平面。

• 黄赤交角

天球赤道面与黄道面的交角23度半

黄赤交角是地球公转轨道面（黄道平面）与赤道面（赤道平面）的交角，也称为太阳赤纬角或黄赤大距。黄道与天赤道的两个交点，叫白羊宫（白羊座）xxx点和天秤宫（天秤座）xxx点，在北半球分别称为春分点和秋分点，合称二分点。黄道上距天赤道最远的两点，叫巨蟹宫（巨蟹座）xxx点和摩羯宫（摩羯[jié]座）xxx点，即北半球的夏至点和冬至点，合称二至点。二至点距天赤道23°26'，称黄赤大距，是黄角交角在地心天球上的表现。

黄赤交角的形成主要来自于地轴的倾斜。地轴并非自地球形成之初就呈现出倾斜状态，而是受到多种自然因素的影响逐渐形成的。其中，板块漂移和小行星撞击是最为主流的学说。

板块漂移学说认为地轴倾斜是由于大陆板块在地球表面的漂移和重组所导致的。在地球漫长的历史中，大陆板块并非静止不动，而是持续在地球表面进行漂移和重组。早期，地球的地轴大致处于直立状态，这是因为当时的大陆板块分布相对均匀，南北半球的大陆面积大致相当。然而，随着板块运动的逐渐加剧，这种平衡被打破。劳亚古陆等大陆板块向北半球的漂移，使得北半球的大陆面积显著增加，负荷也随之加重。这种不均衡的负载分布导致了地轴开始向南倾斜，形成了地轴倾角。而板块漂移不仅改变了地轴的倾斜角度，还进一步加剧了这种倾斜的趋势。南半球的冈瓦纳古陆中的印度板块、非洲板块、澳洲板块和南美洲板块，在地轴倾角的牵引下，也开始向北半球漂移。这些板块的运动进一步加重了北半球的负载，使得地轴倾角逐渐增大，直至达到现在的23.5度。

小行星撞击说认为地轴倾斜并非天生，而是由小行星撞击所致。前苏联著名天文学家沙弗洛诺夫（Shafronov）深入研究后提出，地球自形成至今已约46亿年。在地球形成后的约1亿年，一颗直径达1000公里、质量万亿亿吨的小行星受地球引力吸引闯入大气层。当时地球尚未形成厚实大气层，小行星以每秒14公里速度猛烈撞击，导致地球自转轴倾斜，表面温度急剧上升。

• 中国

在中国，黄赤交角的测定历史可追溯到战国时期的石申夫和甘德，他们在测量天体赤经和赤纬的过程中，初步得出了黄赤交角的数值。然而，最早的确切数据来自《周髀算经》，其中将黄赤交角取整为24度，与现代测量值23°29’较为接近。尽管这一数值在所有黄赤交角数据中误差xxx，但在很长一段时间内被广泛引用。随后，中国天文学家持续测定二至日的影长来精确黄赤交角的计算。至东汉元和二年（公元85年），编䜣在编纂[zuǎn]《四分历》时，与傅安制造黄道浑仪时经过反复测量得出黄赤交角值仍为24度。宋代一直沿用24度这一数值，但与真实值存在较大的误差。直到北宋咸平四年（公元1001年）史序的《仪天历》才初步进行了调整，将误差缩小至1'。随后，在北宋末年，舜辅在《纪元历》中提出了新值，将误差进一步减少至23"。这一新值和计算方法对南宋历法编算产生了深远影响，促使天文仪器制造家放弃旧数据，采纳新的观测值。金代赵知微的《重修大明历》也提出了新值，其误差为39"。元代，郭守敬使用浑仪测得高精度值，但圭表所测的结果更为精确。明代朱载堉也运用了相同方法，得到了误差仅为10"的精确数值。中国的一整套黄赤交角观测值早在公元前四世纪就已形成，其误差已小于半度。随后的观测误差基本都在3"以下。这些系统而精确的观测数据主要是通过圭表测影和浑仪两种方法同时获得的，这些数据为十八世纪天文学家关于黄道倾角易变性的讨论提供了有力证据。

• 国外

古希腊的喜帕恰斯（Hipparchus）和托勒密（Ptolemy），都曾用星盘对黄赤交角进行过测定。这种测定的意义在于理解地球在宇宙中的位置及其与太阳和其他行星的关系。由于赤道岁差和行星岁差的影响，黄赤交角经历了长期的变化。丹麦天文学第谷·布拉赫（Tycho Brahe）注意到了恒星黄纬的系统性变化，从而揭示了这种长期变化的现象。经过研究，他发现黄赤交角在平均周期40000年中变化

至

。这种变化是周期性的，目前黄极正在向天极靠近，每世纪黄赤交角减小

左右。这种减小预计还将持续约15000年，之后将开始增大。为了更精确地描述这种变化，天文常数系统中给出了标准历元时黄赤交角的数值。1885年，西蒙·纽康（Simon Newcomb）根据行星位置的观测结果，提出了一个公式来描述黄赤交角的变化：

。这个公式中的T代表回归世纪，从B1900.0起算，该公式在1896年巴黎召开的基本星国际会议上被采纳，并从1901年开始使用。随着时间的推移，天文常数的计算方法和精度也在不断提高。1964年，国际天文学联合会（IAU）在其第12届大会上通过了一组新的常数——1964常数系统，从1968年开始采用这个系统。同样地，这个系统也使用上述公式进行计算。1976年，IAU在其第16届大会上通过了IAU1976年常数系统，并从1984年开始采用李斯克（Lieske）给出的新公式：

，这个公式中的T是从J2000.0年起算的儒略世纪数（1个儒略世纪等于36525日），同时采用惯性系统的春分点后，

（J2000.0）为

。在推导这些常数的过程中，除了行星的观测资料外，还需要使用岁差和章动模型。从1986年到2006年，IAU采用了不同的岁差和章动模型，包括纽康常数系统中的日月岁差和刚体章动理论，1964天文常数系统中的伍拉德（Woolard）章动理论，到了1983年时，MERIT规范、IERS规范（1989年、1992年、1996年）仍然采用后续的Lieske岁差（即L77岁差模型）和whar章动理论（即IAU1980章动模型）等。这些模型为黄赤交角的精确测定提供了基础，所以J2000.0时刻的黄赤交角为23°26′21.4119"。在IERS2003年规范时，分别采用IAU2000A岁差模型和MHB章动模型得到：

。由于研究和发展仍在继续。根据2000年和2006年IAU第24和26届大会的决议，采用了MHB2000章动模型和符合此章动与动力学理论的P03岁差模型，得到公式：

。式中T是从J2000.0年起算的儒略世纪数。P03模型中黄道定义与1981年斯坦迪什（Standish）给出的定义是不同的，P03定义的黄极是在BCRS中地月质心的平均轨道角动量矢量。从2010年开始采用IAU2009天文常数系统，对应J2000.0黄道交角的值为

，精度为

。这些模型和公式为现代天文学提供了对黄赤交角变化的深入理解和精确预测。

黄赤交角的核心影响是地球公转导致太阳直射点的回归移动。这种移动是由于地球倾斜的轴线在公转过程中，使得太阳直射点不是固定在一个位置，而是在南北回归线之间做周期性的往返移动。这种回归移动引发了地球上的四季交替和昼夜长短的变化。当太阳直射点位于北半球时，北半球进入夏季，南半球进入冬季；而当太阳直射点南移至南半球时，情况则正好相反。这种周期性的变化不仅影响了地球的气候和生态环境，也与人类的生产生活密切相关。

• 五带划分

热带是指地球上有太阳直射的地方，寒带是指地球上有极夜和极昼现象的地方，温带是指没有太阳直射及极夜和极昼现象的地方，即回归线和极圈是五带的划分界线。黄赤交角决定了热带、温带和寒带的范围。当黄赤交角变大时，热带和寒带的范围会扩大，而温带的范围则会缩小。当黄赤交角为0°时，地球全年都会受到太阳的直射，全球各地全年正午太阳高度角无变化，季节冷热变化消失，全球全年昼夜平分，昼夜长短也没有变化。若黄赤交角为45°，太阳直射点在45°N和45°S间移动，此时45°纬线为回归线。而当黄赤交角为90°时，地球的赤道面垂直于黄道面，这时地球上的五带将消失，全球任何地方都有机会出现极昼夜，季节变化也会变得极为明显。

• 四季更替

由于地球的自转轴与公转轨道面之间存在夹角，使得太阳直射点在赤道两侧来回移动，从而形成了四季的变化。黄赤交角越大，太阳直射点的移动幅度就越大，各地的昼夜长短和正午太阳高度角的年变化幅度也就越大，季节的变化也就越明显。反之，当黄赤交角变小时，季节的变化就会变得不那么明显。

• 节气变更

由于地球自转、公转的角度和周期始终处于变化之中，太阳直射的位置也就不同，这一位置变化会引发气候的改变，因此有了节气的说法。二十四节气的名称最早见于《淮南子》，包括十二个节气和十二个中气。当太阳直射北回归线时，北极圈及其以北地区则出现极昼现象，天文学上称为“夏至”；太阳直射南回归线时则称为“冬至”，直射赤道的两次分别为“春分”和“秋分”。夏至、冬至、春分、秋分反映着季节变化，标志着寒暑的更替，是最早被测出的四个节气。除此之外，反映季节变化的节气，还有“四立”，即立春、立夏、立秋、立冬，象征着四季的开始。反映气温变化的节气是小暑、大暑、处暑、小寒、大寒。反映天气变化趋势的是雨水、谷雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪。提示农牧业操作、物候规律的是惊垫、清明、小满、芒种。

地球极移是地球表面物质运动（如海潮、洋流等）与地球内部物质运动（如地幔对流等）共同作用的结果。这导致地球自转轴在顶角约为0.5″的圆锥面上运动，从而使极点的位置发生变化。这种现象具有显著的运动周期性，其中主要的13个月周期由12个月和14.1个月两个分量组成，与天文观测结果相符。极移的运动轨迹呈椭圆形，显示出其运动的规律性和可预测性。振幅长期保持稳定并有增加趋势，这得益于太阳辐射的持续作用。此外，极移还存在由东向西的反向运动现象，但在不同周期项中的表现有所不同。黄赤交角与地球极移息息相关，共同影响着地球的气候和季节变化。黄赤交角的增减会直接影响太阳直射点的位置，进而引发热带和极地地区的温度和降水变化。而地球极移的微小变动也会导致黄赤交角的变化，增加了气候和季节的不确定性。因此，两者相互作用，共同塑造着地球的气候格局。