赤道隆起受到外部力矩
地轴岁差(Axial precession)是地球自转轴在天球参考方向下的长期、平滑转向。在地球公转一周的短尺度上,常把自转轴视为近似固定;把时间扩展到几千年,这个近似就不足以描述天极位置。岁差改变的是自转轴的朝向,而不是地球每天绕轴旋转这一运动本身。
地球因自转而略呈扁球形,赤道附近隆起。太阳和月球对这种非球形质量分布施加引力力矩,使地球的转动方向逐渐改变。类似陀螺受力后的进动,轴线并不简单地立刻倒向外力作用方向。美国海军天文台把这一成分称为赤道岁差,旧称日月岁差。
天极与春分点为何移动
自转轴向天空延伸所指的方向决定天极位置,因此地轴转向会改变哪颗星最接近天极。今天熟悉的北极星并非永远占据同样位置;美国海军天文台以古埃及金字塔营建时期天极接近天龙座α星为例,说明长期变化可以在历史尺度上显现。
地球赤道平面也随轴线改变,天赤道与黄道的交点因而移动,春分点不再是相对于远方恒星永久不变的方向。传统赤经坐标以春分点为起点,坐标网自身的转动便会改变同一天体的坐标数值。这个变化不应被误读成所有恒星都以同一方式在空间中移动。
不能把几种进动混在一起
轨道平面的进动是另一个问题:它改变地球公转轨道平面的方向,也就是黄道的方向,旧称行星岁差。赤道方向与黄道方向的变化合在一起,形成通常所说的总岁差。地轴岁差、黄道岁差及相应坐标角的变化,描述的对象不同,不能把其中任一个角速度直接套给另一个。
NASA的入门说明把地轴长期运动近似画成绕固定方向的圆锥进动,并给出约二万六千年的一周尺度。这是简化几何图像中的约数,并非宣布真实地轴每隔完全相同的秒数精确回到原位。实际描述还包含轨道平面的缓慢变化,以及叠加在长期运动上的章动等成分;精密计算须使用规定模型,而不是只凭一个周期。
星表历元与恒星自行
星表和观测资料需要交代坐标所依附的参考系及相关历元。比较传统的不同历元赤道、春分点坐标时,要处理参考方向随岁差改变的影响,不能直接把两个赤经、赤纬数值的差当成天体真实位移。J2000.0等标准历元用于统一这种参考约定。
恒星自行则来自恒星相对太阳系的空间运动在天球上的投影,需要另行处理。现代国际天球参考系以空间固定的轴向建立高精度位置基准,但从地面进行观测与导航,仍须把地球实际朝向同这一基准联系起来。岁差校正和自行改正分别处理参考方向与天体运动,二者相互补充而不能替代。