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回歸年(tropical year),也稱為太陽年(solar year),是由地球上觀察,太陽平黃經變化360°,即太陽再回到黃道(在天球上太陽行進的軌道)上相同的點所經歷的時間。相對於分點和至點,精確的時間取決於你在黃道上所選擇的點:從北半球的春分點,四個基礎點之一,開始的稱為春分點年;對在黃道上所有的點取平均值的年稱為平回歸年。歲實是中國用的回歸年,是從冬至再回到冬至所經歷的時間。

在地球上,人類注意到回歸年的進展,從太陽緩慢的由南向北和再回頭的運動,希臘人由帶有「轉動」意義的tropos引申出「tropical」這個字,中文的意思就是「回歸」。太陽運行到最北邊和最南邊的回歸分別由北回歸線南回歸線標示,也是仍能看見「日正當中」的緯度。太陽位置可以由每天正午時指時針(一根垂直的柱子或棍子:圭)影子的長短來測量,這是測量每年長度最自然的方法:以日照來確認季節。

因為春分點受到進動的影響在黃道上退行,因此回歸年比恆星年短一點,在2000年兩者相差20.409分,在1900年是20.400分。

回歸年是制定各種陽曆(含現行公曆)和陰陽曆的基礎,中國傳統曆法中將冬至點測量的一回歸年稱做一「歲」[1]

1回歸年 = 365.2421990741日 = 365天5小時48分46秒

回歸年,地球圍繞太陽公轉<360°。因回歸年比恆星年短20分24秒,經過計算,地球在20分24秒的時間裡,地球圍繞太陽少公轉約50.260角秒,所以回歸年地球圍繞太陽公轉的角度是;360°—50.260角秒=359度59分9角秒740毫角秒。

由於回歸年比恆星年短20分24秒,所以在25786年(365.2421990741*1440/20.4)的時間裡退行一周,這就是歲差周期。

細微的區別

由於地球和月球重力的攝動和地球在橢圓形的公轉軌道上速度不均,地球在軌道上的運動不規則。因此太陽連續兩次通過黃道上選定點所花的的時間會因為選定的點的不同而改變。此外,晝夜平分點在軌道上的位置也會因為歲差而改變,結果是(下面再解釋)一個回歸年的長度會與在黃道上所選擇的太陽必須回歸的點有關聯(在測量時,會與分點的移動一起改變)。

所以天文學家定義的「平回歸年」是黃道上所有點的回歸年的平均長度,他的長度是365.24219日(公制)。除此之外,回歸年以黃道上的特殊點作了明確定義:最特別的是春分點年,以太陽在春分點做為起點與終點,它的長度是365.2424天。

對於其他的複雜變化,我們可以選擇如何「固定一天的長度」來測量時間:公制的86400秒、定義的原子時、以月亮和行星運動定義的力學時、平太陽日、或地球相對於太陽的自轉。如果使用時鐘來測量平太陽日的時間,相對於使用日晷測定得到的時鐘日,可以得到較長的穩定性。在一年的期間內,因為太陽日的長度每天都會變化,如同均時差所顯示的,所以必須使用平太陽日[2]

有如在Error in Statement of Tropical Year的例子,使用「平回歸年」取代上面所提到的「分點年」,嚴格來說是一種錯誤。「回歸年」只能用天文上專業的術語「平回歸年」,紐康的樣式,365.24219天(公制)來取代。分點年的365.2424平太陽日也很重要,因為他是大部分太陽曆的基礎,但是他不是現代天文學中的「回歸年」。

分點年的平太陽日數在數千年的期間內會在365.2424至365.2423之間震盪,但大部分的時段是365.2424天。這種長期的穩定是個很好的機會,因為在這個時代有自轉的減速、平均軌道的加速、和地球軌道形狀與公轉狀態的改變對春分點的影響,幾乎都互相抵銷掉了。

相對的,使用公制測量的平回歸年會逐漸縮短,在公元200年它的值是365.2423天,而現在的值是365.2422天。

視頻

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科普:地球公轉軌道是橢圓形,那太陽的運轉軌道是什麼形狀?

參考文獻