以什么方向作为一年的终点
恒星年(Sidereal year)是地球在固定参考框架中绕太阳公转一周的平均周期。它回答的不是日历何时翻到下一年,而是地球相对于背景天体的方向何时完成一周。美国海军天文台以相对于背景恒星的平均公转周期解释这一概念;喷气推进实验室则在参数表中明确采用类星体参考框架,列出约365.25636日。
这里的“恒星”说明参照方向,不是某颗恒星的年龄。地球的轨道并非脱离其他天体影响的永恒圆环,参数表的近似数也不能当作每次实际公转都完全相等的精确时长。讨论年长时,应先说明参考框架和所采用的平均意义。
为什么比回归年长约二十分钟
回归年依据太阳相对于春分点的黄经变化:黄经增加360度,完成一个季节循环。恒星年与回归年的终点并不相同,因为春分点不是固定在背景恒星之间的标记。地轴方向缓慢变化,赤道面与黄道面的相对关系也随之改变,这就是岁差问题的一部分。太阳和月球对地球赤道隆起部分的引力矩,是地轴受迫岁差的重要原因。
因此,季节循环可以在地球相对于固定方向完成整周以前结束,回归年比恒星年短,差值约二十分钟。这不是地球一年中忽快忽慢造成的普通钟表误差。公历主要追随回归年,是为了让季节与历日长期保持大致对应,而不是要求每年某一天地球都回到同一背景恒星方向。
近日点也不是固定终点
如果把相邻两次经过近日点之间的时间作为一年,得到的是近点年。近日点是地球椭圆轨道上最接近太阳的位置;轨道本身的方位也会缓慢改变,所以它不能替代固定参考方向。海军天文台给出的近点年与回归年的平均差约为二十五分钟,而不是恒星年的约二十分钟。
区分这些终点还能避免把季节误解为远近日点的直接产物。四季主要取决于地轴倾斜,南北半球的季节相反。岁差与轨道方位变化共同改变近日点在季节循环中的位置;某一时代近日点接近某个节气,不表示两者永远绑定。
恒星日、儒略年与使用边界
恒星日讨论的是地球自转造成的周日运动,通常以春分点连续两次通过同一子午圈的间隔定义,平均约23小时56分4秒。恒星年讨论公转,不能因为都带“恒星”二字,就把前者机械地乘365当成后者。
儒略年作为时间单位则规定为365.25日;按一日86400秒换算,等于31557600秒。它是约定单位,不是恒星年数值的另一种写法,也不表示任何公历年份都具有这一天数。恒星年本身是时间量,更不是表示距离的光年。选择年长时,关键是先问所研究的是固定方向、公转近日点、季节循环,还是一个约定的时间单位。