天文小知识｜什么是黄道？太阳在天空中的运动

发布时间：2025-01-05 12:05

有没有注意到上图中，天空中延伸的黄色虚线呢？那是最重要的天体基准线：黄道。本文将解释黄道是什么，为什么黄道如此重要，以及它与美丽的天体现象，如星座、行星的位置和日食之间的关系。

黄道是什么?

黄道是反映地球围绕太阳运动的天文学术语，作为天球上假想的圆或平面来观测。让我们想想这个词是什么意思。

地球轨道平面

我们在课本上也学过，地球绕太阳转，转一圈需要一年时间。地球花一年时间围绕太阳运行的路径被称为地球轨道。包含地球轨道的平面被称为地球轨道面。

地球的轨道面与以地球为中心的天球相交，表现了从地球看到的天空的样子。天球是描绘着星星、行星等天体的类似地球仪的天体仪。而且，黄道是地球公转面横跨天球的圆。包含黄道的平面称为黄道面，与地球的公转面一致。

黄道即地球公转面横跨天球的线

太阳在天球上的外观运动

地球围绕太阳旋转时，太阳沿着天球上的黄道移动。太阳以每天1度左右的速度，一年到头在天空中慢慢地改变着位置。夏天看起来高，冬天看起来低，每年都回到原来的位置。也就是说，黄道表示的是太阳一年到头在天球上的外观之道。

黄道是太阳一年中在天空中的轨迹

在黄道附近的天体

太阳系的天体大多位于靠近黄道面的位置。也就是说，它在与地球几乎相同的平面上围绕太阳旋转。

太阳系一般被认为是平坦的圆盘，其原因在于它的形成方法。几十亿年前，围绕太阳的尘埃和气体受到重力的吸引，形成了圆盘状，由此形成了现在的行星和小天体，基本上保持着相同的平面。

太阳系的行星

太阳系的行星位于非常接近黄道面的位置，但并没有横跨黄道面。行星的轨道最多与黄道面倾斜几度。水星的倾斜度最大(7°)，其他行星的倾斜度在0.8°到3.2°之间。

太阳系的行星及其轨道倾斜角示意图

行星在黄道附近移动，因此经常会在天空中相遇，产生惊人的天体现象。两颗太阳系行星在空中经过几度以内的距离被称为接近。另外，在较小的天空中看起来有3颗以上的行星接近，这种现象被称为行星串联。具体请参考之前发布的《2023年5月出现行星串联：可观测到行星排成一列！》。

月球

地球的月球轨道与黄道面倾斜5.1°。月球轨道在升交点(在这之后，月球比黄道面略微上升)和降交点(在这之后，月球比黄道面下沉)两点上与黄道面相交。满月和月亮跨越黄道的瞬间重合就是月食，新月重合就是日食。月球穿越黄道大约每月2次，但并不总是在新月或满月的时期发生，因此并不是每次都发生“食”现象。

月球交点示意图

月球交点是月球轨道与黄道相交的点。在这一点上出现满月就会出现月食，出现新月就会出现日食。如果满月或新月发生在月球轨道的其他地方，就不会发生日食。

另外，月亮和行星有时也会在天空相遇。月球和行星在天空中经过几度以内的距离被称为月球和行星的接近。有时月亮会遮住行星，这种现象被称为月掩星，但这种现象很罕见，只有世界上极少的一部分人能看到。

太阳系小天体:小行星、矮行星和其他

小行星带和柯伊伯带的小行星和矮行星等，几乎所有的太阳系小天体都位于黄道附近。但是，矮行星通常相对于黄道面有较大的倾斜角度。例如，冥王星的轨道与地球的轨道平面倾斜17.2°。

柯伊伯带

短周期彗星(不到200年旋转一次的彗星)也在黄道面附近旋转。但是，并不是所有的彗星都有这样的行为，长周期彗星(公转周期超过200年的彗星)的方向是随机的，不一定沿着黄道面。

黄道带星座：黄道带与“被遗忘”的星座

除了太阳系的天体之外，黄道附近的星星也可以观测到。黄道在天球上与13星座相交，这就是黄道星座。其中12个因为和占星术的关联而出名，被称为佐迪亚克星座。分别是白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、天秤座、天蝎座、射手座、摩羯座、水瓶座和双鱼座。第13个“被遗忘”的星座是白羊座，它不是佐迪亚克星座的一部分，但也是黄道星座。

星座

其中除了金牛座以外的12个星座也被称为佐迪亚克星座。

天球的赤道和黄道

地球的天球赤道是地球的地理赤道面横跨天球的圆。而且重要的是，天球的赤道和黄道不一致。

地球的自转轴与地球的公转面倾斜23.5度，因此地球在公转轨道上并不是直立的。地球的赤道面与自转轴垂直，与黄道面也以同样的角度倾斜。结果，地球的天球赤道在天球上与黄道面倾斜23.5度。而且，由此还会产生一些天体现象。

地球的赤道与黄道倾斜23.5度

至点、分点

因为天的赤道和黄道在天球上以两点相交，所以称之为分点。天文学的从夏到秋(秋分)，从冬到春(春分)，分别是各自转换的节点。具体请参考之前发布的《天文问答｜至点与分点知多少？》

黄道离天球赤道最远的两个点叫做至点。这两点是天文学的从秋到冬(冬至)、从春到夏(夏至)的地方。此时，相对于太阳倾斜的半球迎来夏至，远离太阳的半球迎来冬至。

分点与至点

一般岁差和分点的移动

地球不仅相对于公转轨道倾斜，而且一边自转一边摇摇晃晃地移动。请想象一下旋转的陀螺。慢慢移动，你会发现陀螺在空中画着一个小圆圈在移动。与此相同，地球一边自转一边绕宇宙空间一周，大约25,800年一周。这种地轴的摆动被称为岁差。

天球的赤道和黄道的交点(=分点)，由于绕轴的岁差运动，随着时间的流逝，会有一点偏差，这是分点的移动。结果导致，星星和太阳在这些地点的相对位置会慢慢变化。

例如，在距今约2000年前的3月分点，太阳位于黄道星座的白羊座。这一点也被称为“白羊座的原点”。但是，现在黄道和天赤道的交点发生了移动，在3月的分点太阳会来到双鱼座。

另外，岁差意味着北极星的位置不固定。现在，离北极星最近的是小熊座α星，它发挥着我们的北极星的功能。但是，大约13,000年后，由于地轴朝向那里，织女星会成为下一个明亮的北极星。

黄道坐标

黄道是天文学中最古老的坐标系之一。公元2世纪，克劳狄乌斯·托勒密在《almaguest》中记载了这个词，现在也被普遍使用。黄道坐标系是描述太阳系内天体的位置和运动与黄道的关系。因为几乎所有的太阳系天体都在黄道面的附近移动，所以这是天体观测非常方便的坐标系。而且，黄道面和天的赤道不同，不会被地球的岁差运动所左右。因此，对于天文学家来说是可以信赖的标准。

黄道坐标系