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四季與曆法

2020/5/29 — 9:42

Credit: Sandro Botticelli 15世紀畫作 Hl. Augustinus in betrachtendem Gebet, Detail

Credit: Sandro Botticelli 15世紀畫作 Hl. Augustinus in betrachtendem Gebet, Detail

我們知道一年有四個季節:春季、夏季、秋季、冬季。你知道為甚麼嗎?

很多人以為這是因為地球繞太陽的軌道是楕圓形的,因此地球有時離太陽近一些,就是夏季;有時離太陽遠一些,就是冬季。然而,這個理論有著致命性的缺陷。如果季節成因真與地日距離有關,那麼無論身處地球上哪裡,季節都應該是一樣的。可是,事實上南北半球的季節卻是相反的。當北半球是夏天,南半球就是冬天,反之亦然。

(北半球霸權:事實上,當地球位於軌道上最接近太陽的位置,即「近日點」時,北半球正是冬季啊)

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哪麼,究竟為甚麼一年有四季?原來這是由於地球的自轉軸是傾斜的,而自轉軸傾斜的方向在一年中都不變。對於生活在北半球的人,在夏天時太陽以較高的角度直射地面,因此就比較熱;而在冬天,太陽照射角度比較接近地平線,地面吸收的熱能就比較少,所以就較寒冷了。

南北半球季節與春分、秋分、夏至、冬至在一年中的日期和地球繞日軌道的圖示。注意地球和太陽的相對大小並非為真實比例。
​Credit: Wikimedia Commons

南北半球季節與春分、秋分、夏至、冬至在一年中的日期和地球繞日軌道的圖示。注意地球和太陽的相對大小並非為真實比例。
​Credit: Wikimedia Commons

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一年四季中有許多節日,但大部分其實都與文化有關,跟天文學沒有甚麼關係。之不過,你又知道原來有幾個特別日子,在天文學中有著重要意義嗎?

每年 3 月 20 或者 21 日叫做「春分」,在這一天,無論我們身處地球哪裡,太陽的日照時間都剛剛好是12個小時。耐在春分之後的北半球,每一天的日照時間都比 12 個小時更長,而且越來越長,直到 6 月 20 或 21 日,叫做「夏至」的這一天。這天是北半球日照最長的一天,而相反地在南半球則是日照時間最短的一天。在夏至之後,北半球的每一天會越來越短,南半球則越來越長。

然後是 9 月 22 或 23 日,稱為「秋分」的一天。這天是春分的相反,在這一天,無論我們身處地球哪裡,太陽的日照時間都剛剛好是12個小時,而秋分之後日照時間都比 12 個小時更短,而且越來越短。最後就是「冬至」,在每年的 12 月 21 或 22 日。冬至可說是夏至的相反,在這天是北半球日照最短、南半球則是日照時間最長的一天。在冬至之後,北半球的每一天會越來越長,南半球則會越來越短。

在農曆中,這四天就是所謂的「四時八節」中的「四時」,是廿四節氣中最重要的四個節氣。在西曆中,這四個日子亦由於其天文學上的重要性,同樣被特別稱之為 equinox (分)和 solstice (至):春分 vernal equinox 、夏至 summer solstice 、秋分 autumnal equinox 、冬至 winter solstice ,而節氣則稱為 solar term 。

有趣的是,春分、秋分、夏至、冬至在農曆和西曆中都是重要的節日,但在農曆中它們並不會每年出現在固定的日期,而在西曆之中它們卻固定在上述日子。這跟兩種曆法分別如何處理月份有關。

我們常說的西曆,其實叫做格里曆 (Gregorian calendar) ,是世界通用的曆法。格里曆是一種陽曆 (solar calendar) 。陽曆的意思是,太陽在一年中相對背景星空的位置(黃道)在曆法中的日期是固定的。換句話說,由一個節氣到下年同一節氣之間的日子排列方式是固定的。這就是為甚麼格里曆對於閏年的處理很簡單,而且新年都必定在同一天,因為每天都會對應於太陽在黃道的某個位置。亦因此,春分、秋分、夏至、冬至的日期不會相差多於一天。

至於農曆,很多人以為是陰曆 (lunar calendar) ,但其實它並不是陰曆。陰者,太陰也,即月球。陰曆就是根據月球的月相而製成的曆法,例如伊斯蘭曆就是陰曆的一種。月相是太陽、月球、地球之間的相對位置造成的,但由於月球環繞地球運動(陰曆的根據)與地球環繞太陽運動(陽曆的根據)並無關係,因此陰曆裡的四季更替並不是固定在某幾個月的。

農曆其實是一種陰陽曆 (lunisolar calendar) 。故名思義,它結合了陰曆和陽曆,同時考慮到地日互動和地月互動對曆法的影響。因此農曆新年在陽曆中的日期雖然會浮動,但最多浮動約一個月的時間,不會發生陰曆新年日期浮動整整半年的效應。廿四節氣(包括春分、秋分、夏至、冬至)在農曆中的日期亦會浮動,因為節氣是根據太陽在黃道的位置(即地球繞太陽運行的位置)來決定的,而農曆月份的時間長度則是依據月相來決定的。因此,農曆的置閏方法十分特別,即我們可能聽過的「19 年 7 閏」和「5 年 3 閏」規則,而且是置閏月而非閏日。關於農曆置閏的詳細規則,請參考延伸閱讀文章。

日常使用的曆法其實藏著很多有趣的天文知識,以後有時間再慢慢與大家討論。

原刊於作者博客作者 Facebook 專頁

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