缓慢转向之上的小幅摆动

章动(Nutation)在地球天文学中指地球转动极方向在外部引力矩作用下出现的振荡。地球不是完全球形,太阳和月球的引力作用会改变自转轴的朝向;由于相关天体的位置不断变化,这种作用也并不恒定。转动极在天球上的运动因此不只是沿一条平滑路线缓慢前进,还叠加着较小的起伏。

岁差与章动是对这一方向变化不同尺度成分的划分:前者描述缓慢、较大尺度的趋势,后者描述其上的振荡。它们不是互不相干的两套力,也不能把章动解释为地球每天自转一周。SOFA官方说明以约18.6年的显著周期项展示章动的尺度,但实际运动由许多不同频率的项共同组成,并不是只有一个简单周期。

参考:[1] [2]

黄经与交角两个分量

经典表达把章动分成黄经章动Δψ与交角章动Δε。黄经分量描述与分点方向移动有关的变化;交角分量描述赤道面和黄道面夹角的振荡修正。两者都是角度,不是地面某座城市经纬度的直接改变量,更不是两种不同的地球自转速度。

计算时先采用相应日期的平黄赤交角,再结合章动分量建立坐标旋转。平黄赤交角本身有长期变化,所以不能把全部交角变化都归为章动。若比较不同日期的角度,必须明确采用的平面、参考日期和模型;只说“地轴摆了多少”而不交代分量,容易把不同几何量混为一谈。

参考:[1] [2]

平赤道和真赤道为何并存

平赤道与平分点是在指定日期忽略章动、保留岁差后定义的参照。真赤道与真分点则同时计入岁差和章动。“平”不是说赤道没有倾斜,“真”也不是说这套坐标已经囊括折射等全部观测影响;二者是在地球朝向建模中作出的不同选择。

例如,使用传统分点体系计算恒星时,选平分点得到平恒星时,选真分点得到视恒星时。这里的区别来自参考方向,不是天空中的恒星忽然改变了自身运动。把基于平分点的量与基于真分点的量直接混用,会漏掉本应包含的方向修正。

参考:[1] [2]

与极移的边界及模型用途

极移讨论转动极相对于地球固体及地固参考系的位置变化;岁差章动主要描述它相对于天球参考系的方向。两者都涉及“极”,但参照对象不同。在天球与地球坐标之间转换时,岁差章动、地球自转和极移分别进入变换,不能用一种修正代替全部因素。

正式计算还要匹配模型。SOFA提供IAU 2000A及其简化形式,并说明与IAU 2006岁差模型配合时所需的细小调整。章动模型的意义在于把这些随时间变化的方向关系纳入统一计算,使星表坐标、观测方向和地面位置能够一致转换,而不是给地轴画一条永远不变的示意波线。

参考:[1] [2]