ZT地球在太空中的运动与北回归线的成因

我行我素

在宇宙中，地球作为太阳系中的一颗行星，在不停地运动着，其运动是复杂的，但最基本的运动是地球的自转和公转。　　地球自转是地球本身绕自转轴自西向东旋转。地球的自转轴，简称地轴。地轴是假设的，但地球自转时，却仿佛有这根轴的存在。通过地心垂直于地轴的平面叫赤道平面，它与地球表面相割的大圆叫赤道。赤道把地球平分为南北半球。地轴穿过地心与地球表面相交于两点，其中，位于北半球的交点叫北极，位于南半球的交点叫南极。
　　地球绕轴自转的同时，还绕太阳自西向东公转。地球公转的轨道是接近正圆的椭圆。这个椭圆所构成的平面叫轨道平面，亦称黄道平面。
　　地球一面绕轴自转，一面绕日公转。在这一过程中，地轴并不与公转的轨道平面(黄道平面)相垂直，而是倾斜的，其夹角为66°34′(图1)。而地轴的倾斜方向在空间始终保持不变(平移)，致使赤道平面与黄道平面不相重合(不平行)，而呈倾斜状态，其夹角是66°34′的余角，即23°26′。这个夹角叫黄赤交角。
地轴倾斜
　　地轴的倾斜和倾斜的方向不变，还导致了地轴对太阳的不同倾向，使地球上的太阳直射点在北纬23°26′到南纬23°26′之间来回移动。移动的周期为一年。这样就造成了地球各地正午太阳高度和昼夜长短的季节差异，从而形成四季(图2)。
地球各地正午太阳高度和昼夜长短的季节差异
　　春分(3月21日或20日)，太阳直射赤道，全球各地昼夜平分(假设地球没有大气的情况下)，北半球春季开始(根据西方国家以一分二至为起点划分天文四季的方法，下同)。春分后，太阳直射点移向北半球。
　　夏至(6月22日或21日)，地轴向着太阳方向倾斜，太阳直射北纬23°26′(正午太阳高度为90°)。北半球白昼最长，黑夜最短；越向北，白昼越长；至北纬66°34′以北地区，出现24小时都是白昼的有昼无夜的极昼现象，北半球夏季开始。夏至后，太阳直射点南移。
　　秋分(9月23日或24日)，太阳直射赤道，全球各地昼夜等长(假设地球不存在大气的情况下)，北半球秋季开始。秋分后，太阳直射点移向南半球。
　　冬至(12月22日或23日)，地轴向着太阳相反的方向倾斜，太阳直射南纬23°26′。北半球白昼最短，黑夜最长；越向北、白昼越短，至北纬66°34′以北地区，出现24小时全是黑夜的有夜无昼的极夜现象，北半球冬季开始。冬至后，太阳直射点北移。
　　黄赤交角的存在，使太阳直射点在地球上发生周年变化，从而导致地球上产生赤道(0°纬度线)，南、北纬66°34′，南、北纬23°26′五条具有典型天文意义的特殊纬线。其中，赤道是太阳直射隔半年一次，全年两次，终年昼夜平分的纬线。南纬66°34′为南极圈，北纬66°34′为北极圈。南、北纬23°26′是有无直射阳光的分界线，太阳直射点在这两条纬线之间来回移动，这两条纬线就叫回归线。南纬23°26′为南回归线，北纬23°26′为北回归线。
　　在天文学上，气候带划分是以正午太阳高度和昼夜长短天文因素为依据的。正午太阳高度最明显的界限是回归线，昼夜长短最明显的界限是极圈。于是，人们就根据南、北回归线和南、北极圈，把地球划分为北极圈以北的北寒带，北极圈与北回归线之间的北温带，北回归线与南回归线之间的热带，南回归线与南极圈之间的南温带，南极圈以南的南寒带等五个天文气候带(图3)。在地理学上，气候带的划分，是以热量(气温)为标准的，在地球表面存在海陆差异等因素的影响下，地理气候带的界限，就不会与纬度一致，热带的北界，也会偏离北回归线，但总是要以天文气候带为参照。这是因为地表获取热量都是以太阳辐射为基础的，因此相应的地理气候带的界限，不会偏离太远。
天文五带
　　综合上述，所谓北回归线，就是太阳直射地球表面的最北界限线，又是天文热带和北温带的分界线。在北回归线上，每年夏至的晴朗正午，都能观测到“太阳当头照，立杆不见影”的景象。
　　地球上北回归线的位置不是固定不变，而是“漂移”的。现在惯称的北回归线纬度23°26′N，是23°26′21″.448N的约数，而23°26′21″.448N只是2000年的北回归线位置，是根据1976年国际天文学联合会的决定，于1984年开始采用的。北回归线位置的移动，是太阳、月球和行星对地球的“牵引”，而产生黄赤交角变化的结果。当黄赤交角变小时，北回归线南移，南回归线北移；反之，当黄赤交角变大时，北回归线北移，南回归线南移。北回归线南来北往的周期约为4万年，其变化幅度在22°02′~24°30′之间。目前，黄赤交角在逐年变小，大约每100年变47″，这种减少还会持续15000年，然后黄赤交角将转为增大。
　　(注)：本文是根据刘南威先生《中国的北回归线标志》一书中的第一部分改写的，并做了部分删节。