冬至:聖誕節的天文學

冬至:聖誕節的天文學巨石陣的太陽。

從新石器時代到現在,我們每天看到的陽光量對人類文化產生了深遠的影響。 我們正在快速接近北半球的冬至,該冬季將於12月21舉行。 這是一年中最長的一晚 - 曾經被稱為“尤爾“在北歐異教徒成為聖誕節之前。

巨石陣 和附近的新石器時代遺址 杜林頓城牆 (大約2,500 BC)每個都被建造成分別面向冬季日落和日出。 這種對冬至的關注是一個重要的時刻 以宴席為標誌 也可能是動物犧牲。

幾千年後,羅馬人慶祝農神節(直到公元四世紀) - 冬至週的節日 致力於神土星涉及遊戲和歡樂。 Saturnalia的最後一天被羅馬人稱為“死亡的納塔利斯”(生日的未被征服的太陽),他們在12月25上互贈禮物慶祝它。 在幾個世紀之後的幾個世紀以來,被稱為Yule的異教盎格魯 - 撒克遜事件正在全面展開,最終演變成我們現在稱為聖誕節的節日。

傾斜的星球

但是冬至的原因是什麼? 我們的行星相對於太陽周圍的軌道平面具有軸向傾斜(23.4°),這導致了季節。 冬季和夏季至日,以及春分和秋分,是這些季節中的極端點(見圖)。 在冬天,地球遠離太陽傾斜會導致陽光照射 分散在更大的表面區域 比在夏天。 它還會使太陽升起並提前設置,從而減少太陽光和較冷的溫度。

冬至:聖誕節的天文學Meniou /維基百科, CC BY-SA

碰巧,地球傾斜的方向會隨著時間的推移而變化。 自古希臘時代以來,人們就已經知道這些變化。 希帕克斯是現代天文技術的創始人之一,他寫道 第一個全面的明星目錄 在129 BC。 在編制了他的目錄之後,他注意到星星的位置已經從早期記錄中的位置發生了變化,例如巴比倫人。

有趣的是,星星似乎已經移動了相同的位置,他意識到了位置 天空一定是在幾個世紀以來一直在移動。 目前,我們的天體北部以恆星的位置為標誌 北極星。 但情況並非總是如此。


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旋轉物體(如地球)的旋轉會受到外力的影響。 鑑於地球已經旋轉,施加在地球上的任何力,例如來自月球或太陽系中其他物體的重力,都會改變這種旋轉(稱為扭矩)。 地球上的結果稱為 晝夜平分點的歲差 - 一種影響我們對恆星觀測的現象。 在電影中,幾次顯示了一個較小規模的可見例子 盜夢空間,使用旋轉陀螺的歲差來確定主角是在現實中,還是仍然在做夢。

對於地球而言,這種歲差每隔26,000年在天空中劃出一個圓圈(見下圖)。 在3,000 BC,天體北部是Draco星座中的星形Alpha Draconis(Thuban)。 鑑於我們可以預測這一動作,我們知道13,000從現在起我們的北極星將是Vega,位於Lyrae星座。

冬至:聖誕節的天文學作者提供

作為26,000年周期的一部分,這也影響了一年中季節的開始,因此對於試圖將任何文化意義歸因於特定季節中的特定點的任何人都具有重要意義。 地球繞太陽運行所需的時間大約是365.25天,這意味著我們每四年有一天額外的一天。 相比之下,當相對於固定的背景恆星測量時,晝夜平分點的進動導致地球軌道周期之間的差異大約為20分鐘(一個恆星年),以及太陽每年(太陽年)返回天空中相同位置所需的時間。

作為一個歷史的一面,它是太陽年的長度和一年的長度之間的差異 朱利安日曆 這促使轉換為目前使用的 公曆。 晝夜平分點的歲差是眾所周知的,並且引起了幾天的差異,這促使了這一點 尼西亞理事會 改變我們的日曆系統.

在最初由羅馬人在46 BC建立的朱利安曆法中,英國的新年那天曾在3月25,這也被用來定義納稅年度的開始。 在1752中採用公曆 轉移了納稅年度的日期 按11天轉發,但將新年設置為1月1。 但是,為避免11天稅收損失,當時的政府設定了我們的納稅年度 從四月6開始 它至今仍然存在。

因此,考慮到一天中有1,440分鐘,以及恆星年和太陽年之間的20分鐘差異,那麼在72年期間,晝夜平分點(和至日)的日期將在日曆中向後移動一個如果他們沒有得到糾正(他們是),那一整天。 這意味著羅馬使用冬至作為聖誕節時間的參考點,將在11月底結束時慶祝聖誕節。 更進一步,巨石陣的建造者將在我們的九月經歷冬至。

火星上的聖誕節

冬至在歷史上顯然是重要的,但未來呢? 也許在幾百年後,人類定居者將在火星上慶祝聖誕節。 火星也有一個軸向傾斜(25.2°),因此季節和我們一樣。 火星也經歷了晝夜平分點的進動,但進動期不如地球的穩定。 一個完整的火星人進動大概是 167,000年.

火星上的北半球冬至剛剛過去,發生在10月16。 由於火星上的恆星年是687地球日,下一個火星北半球冬至將在9月2,2020之前發生。

這意味著,任何希望在數千年前在杜林頓城牆重建冬至“慶祝活動”的火星殖民者,或者也許只是標誌著聖誕節,都將不得不習慣於幾乎每年都在不同的火星季節慶祝。談話

關於作者

Gareth Dorrian,空間科學博士後研究員, 諾丁漢特倫特大學 和講師Ian Whittaker 諾丁漢特倫特大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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