一年的长度应该是 365.2422 日,略短于地球的公转周期 365.2564 日。为甚么会有这个差别呢?这又要从四季的变迁谈起。
中国人早已意识到预测季节的变迁对农业的重要性,所以在历法中定义了二十四个节气,为播种及收成的时间提供参考。其中四个节气,春分、夏至、秋分及冬至分别象征着春夏秋冬四季的来临。在今天,这四个「节气」已经不单成为日历上几个特别的日子,它们来临的时分更是可以被非常准确地定义和测定的,比如在春分或秋分的一刻,地球赤道平面与公转轨道平面相交的直线正向着太阳 (图二),南北半球受日照的时间均等。
图一 地球自转轴倾斜,造成四季的变迁。
图二 在春分或秋分时,地球赤道平面和公转轨道平面的交线向着太阳,南、北半球接受到相同量度的阳光,日夜长度均等。
你可能会问:四季的周期不就是地球的公转周期吗?其实两者还有一点细微的分别。如果你有玩过陀螺的话,可能会注意到当陀螺的转动速度减慢时,它的自转轴会作缓慢的摆动,在空间中画出圆形的轨迹 (图三)。原来地球并非一个完美的球体,太阳与月球的引力拉着地球凸起的部份,也会使它的自转轴像陀螺般摆动,但这种称为「岁差」运动十分缓慢,每隔约二万六千年,地球的自转轴才会摆动一周。我们刚才对于四季的讨论,一直假设地球自转轴的方向不变。如果我们想象自转轴呈现陀螺般的摆动,便会出现很有趣的现象:试想像地球由春分的一刻出发,绕太阳转了一周,当地球在轨道上回到它原来的位置时,自转轴的方向已经轻微地改变了,换句话说,这时候地球并非刚好处于另一个春分!精密的分析告诉我们,一个春分与另一个春分相隔的时间比地球公转的周期略短。由于我们的历法要准确地预测季节的变迁,以方便日常的生活,所以我们采用的年,是连续两个春分相隔的时间,称为「回归年」,长 365.2422 日,与地球公转周期 365.2564 日不同。
图三 地球自转轴正在缓慢地摆动,就像一个巨型的陀螺一样,造成了岁差的现象。