普通天文学/年度运动
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为什么会有季节？稍微思考一下就会发现，这与地球与太阳的距离无关，因为这会同时影响南半球和北半球。（事实上，地球在每年 12 月左右比一年中的其他时间离太阳更近。）那么，为什么会有季节呢？
地球每年绕太阳公转一周。我们观察到这种现象，表现为季节变化和星座的移动。在一年中，太阳在天球上沿着一个大圆圈移动，年复一年地描绘出相同的路径。这条路径叫做**黄道**。黄道不仅是太阳在天空中运行的路径，它还标志着地球绕太阳运行的轨道平面。行星在不同的平面上绕太阳运行，但接近黄道。
地球自转轴相对于黄道平面倾斜 23½°。地球仪通常是倾斜着建造的。北纬 23½° 被标记为北回归线，南纬 23½° 被标记为南回归线。在北半球，太阳只会从 6 月 20 日到 22 日沿着北回归线正午直射。那一天被称为北半球夏季最大值或夏至。在南半球，太阳只会从 12 月 20 日到 23 日沿着南回归线正午直射。在北回归线和南回归线之间的任何地方，太阳在一年中至少会两次正午直射，但对于生活在热带以外的人来说，太阳永远不会正午直射。在热带地区，太阳在天空中的位置会随着一年中的时间而变化，大约在 12 月 21 日开始出现在南边的天空，在年中移动到北边的天空，并在年底回到南边的天空。
地球自转轴的倾斜导致黄道的大圆圈相对于地球赤道倾斜 23½°。黄道和赤道在两点相交，但在其他地方相隔 23½°。当太阳位于其中一个交点时，它正午直射赤道上的某个地方。这发生在**春分**，春分与赤道相交的天空中的点也称为春分点。每年，太阳都会穿过赤道，向北移动。这发生在 3 月下旬——“春分”或“春季”春分。当太阳在 9 月下旬穿过赤道时，会发生“秋分”。
在春分日，昼夜等长。这就是春分这个名字的由来，它来自拉丁语，意思是“等夜”。在春分日，太阳从正东升起，从正西落下。不过，它不会直射头顶，除非是赤道上的观察者。春分日是全年唯一昼夜各 12 小时的日子。春分过后，进入北半球的夏季，太阳开始从东北方向升起，从西北方向落下。北半球的白天变长，南半球的白天变短。
太阳距离赤道最远的那两点被称为**夏至**。夏至标志着一年的最长和最短的白天。一年中最长的一天是夏至，最短的一天是冬至。在北半球，夏至发生在太阳最北端的时候，而冬至发生在太阳最南端的时候。在南半球，夏至和冬至是相反的。
从太空中看，我们可以看到地球的倾斜改变了地球不同部位对太阳的暴露程度。北半球的观察者会看到太阳在 12 月 21 日左右位于南边的天空，处于最低位置。他们之所以这样看到，是因为南半球朝向太阳倾斜，而北半球远离太阳倾斜。大约在 6 月 22 日，情况会发生逆转，北半球指向太阳，太阳在正午时分会出现在天空中的最高点。对于南半球的观察者来说，太阳大约在 6 月 22 日出现在北边的天空，处于最低点，而大约在 12 月 21 日出现在天空中的最高点。这种现象的一个影响是，在北半球夏季的几个月里，北极可以接收到 24 小时的阳光。太阳会在秋天的很长时间里保持可见，在秋分日落到地平线以下。当冬天降临北极时，太阳在 6 个月的时间里都不会出现，因为那部分地球背离太阳倾斜。
随着人们从两极向地球赤道移动，这种影响会变得越来越弱。一个人离赤道越近，白天和黑夜的小时数之间的差异就越小。在赤道地区，全年白天长度几乎没有差异。
显然，地球绕太阳的周年运动是地球季节变化的原因。引起这种季节变化的原因并不那么明显。乍一看，人们可能会认为冬天发生在地球离太阳最远的时候。如果我们意识到南半球和北半球的冬天发生在一年中的不同时间，我们就会发现这是错误的。此外，地球的轨道非常接近圆形。地球轨道距离的变化太小，不会对地球的气候产生明显的影响。
当然，每个白天阳光照射到特定位置的时间长度与气温的季节性变化有很大关系。但是，另一个不太明显但影响更大的因素是阳光照射到一个区域的角度。在赤道地区，全年差异很小，因为太阳在垂直方向两侧各变化 23.5 度。在 12 月 21 日正午，阳光照射路径的长度仅比直接垂直路径增加 1.1 倍，阳光的减少量很小。更直接的辐射将最大量的热量和能量传递给地球上的落点，因此这些地区将接收到最多的热量。然而，远离赤道，地球的倾斜意味着阳光的照射角度并不那么直接，更多的太阳能量被更长的路径穿过大气层所阻挡。在北纬 50 度，12 月 21 日正午，太阳光线穿过大气的路径长度将比直接垂直路径增加 3.5 倍。一般来说，光线的照射角度取决于一天中的时间、区域相对于赤道的纬度以及地球在其轨道上的位置。
黄道上的星座，**黄道十二宫**，在占星术传统中有着悠久的历史。在大多数报纸上，你可以读到关于你的未来或一些个人建议的（完全不科学的）预测，这些预测针对你的生日。每个条目都与黄道十二宫中的一个星座以及一系列出生日期相关联。在占星术传统中，你生日时太阳所在的星座，你的“星座”，揭示了你性格和未来的一些信息。
有趣的是，报纸上给出的每个星座的日期与太阳在那些日期的天空中的位置并不匹配。报纸上的日期与太阳的实际位置之间存在超过一个月的偏差。这种偏差出现是因为与每个星座相对应的日期是在几千年前确定的。在几千年里，地球在其轴线上“摆动”，导致日历和天空中的恒星位置发生变化。这种摆动是由太阳和月亮对赤道的拉力引起的，被称为**岁差**。它影响了所有星座相对于春分点和极点的方位。
地球的岁差就像一个陀螺的运动。如果你旋转一个轴线倾斜的陀螺，随着陀螺的旋转，轴线会慢慢旋转。同样，地球的轴线保持倾斜 23½°，但这种倾斜的方位在几千年里会发生变化。
由于岁差改变了地球极点的指向方向，它也改变了哪颗恒星是北极星，如果有的话。之前，我们引用了莎士比亚的话，他在《凯撒大帝》中提到了北极星，将其描述为北方的恒星。严格来说，这是不正确的。在凯撒大帝时代，北极星没有“固定”在天空中，因为地球的轴线指向不同，指向北斗七星。
岁差是一种缓慢的漂移，难以检测。岁差导致的恒星运动只有在经过许多年仔细观察后，肉眼才能察觉到，尽管通过望远镜，它很快就变得很明显。希腊天文学家喜帕恰斯是第一个通过比较自己的观测结果和一个半世纪前收集的观测结果来测量岁差的人。
岁差改变了地球在其轨道上的夏至和春分点的方位。随着地球轴线的旋转，地球最靠近太阳指向的方向发生了变化，因此季节也发生了变化。如果日历没有考虑到这一点，随着轴线的岁差，季节也会发生漂移。最终，北半球将在 7 月份寒冷，在 1 月份温暖，而南半球将在 7 月份温暖，在 1 月份寒冷。日历通过使用**回归年**作为其基础来考虑岁差的额外运动。我们通常定义的一年是**恒星年**，即地球绕太阳公转一周所用的时间。在我们通常的测量方法中，地球在一年中实际上完成了一圈多的绕太阳公转。在恒星年期间，太阳在天空中的位置发生完全移动，并回到相对于恒星的相同位置。在回归年期间，太阳从春分点开始，绕着天空移动，然后又回到春分点。在这段时间里，春分点的位置略有偏移，因此回归年比恒星年略短。
如果您仔细观察天空，就能轻松地辨别出日历的演变过程。下次您看到日出或日落时，请注意太阳是在正西方向落下，还是在正西方向的北部或南部落下。许多古代文明仔细观察了太阳的运动，并持续观察了很长时间。他们使用简单的技术和工具，能够非常准确地测量一年长度等周期。注意天体运动的古代人会发现，夏至每 365 天发生一次。他们也会注意到，每四年夏至会延迟一天。这就是现代日历中闰年的原因。延迟的发生是因为一年长度略超过 365 天——更接近 365¼ 天。通过在几年时间内进行一些简单的观察，可以使用这种方法将一年的长度测量到令人惊讶的准确度。
太阳历在历史上一直被使用。古代巴比伦人认为一年只有 360 天，并据此制定了他们的日历。伊斯兰历是阴历，比太阳历早 11（1/2）天。希伯来历是阴阳历。
我们现代的日历传承自古罗马文明。日历最初的成熟形式是**儒略历**，几乎与今天使用的日历完全相同。它一年有 365 天，每四年有一个 366 天的闰年。在儒略历中，能被 4 整除的年份——例如 1992 年、1996 年和 2008 年——是闰年。这使得儒略历平均每年有 365¼ 天，这非常接近回归年真正的 365.2422 天长度。
虽然儒略历的漂移很慢，但到 16 世纪，日历中的误差已经积累得足够多，以至于天主教会开始担心这种漂移对复活节庆祝日期的影响。意大利编年史学家阿洛伊西斯·利利乌斯发明了对儒略历的修改，以纠正这种差异。教皇格列高利十三世在 1582 年颁布了新的日历，现在被称为**公历**。
公历与儒略历相同，只是在不能被 400 整除的年份跳过闰年。在 1600 年、2000 年和 2400 年，公历会有闰年，但 1800 年、1900 年或 2100 年没有闰年。这使得平均年份长度为 365.2425 天，比儒略历更接近正确值。公历每 10,000 年仅累积 3 天的误差。
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1) 在夏至当天，太阳在北回归线上空，而在冬至当天，太阳在南回归线上空。绘制一个简图，显示太阳和地球在这些日期的相对位置。
2) 当太阳在南回归线上空时，实际上位于人马座。那么为什么希腊人将南回归线命名为南回归线，而不是人马座回归线呢？