冬至:圣诞节的天文学

冬至:圣诞节的天文学巨石阵的太阳。

从新石器时代到现在,我们在一天中看到的阳光量对人类文化产生了深远的影响。 我们正在快速接近北半球的冬至,该冬季将于12月21举行。 这是一年中最长的夜晚 - 曾经被称为“尤尔“在北欧异教徒成为圣诞节之前。

巨石阵 和附近的新石器时代遗址 杜林顿城墙 (大约2,500 BC)每个都被建造成分别面向冬至日落和日出。 这种对冬至的关注是一个重要的时刻 以宴席为标志 也可能是动物牺牲。

几千年后,罗马人庆祝农神节(直到公元四世纪) - 一个冬至周的节日 致力于神土星涉及游戏和欢乐。 Saturnalia的最后一天被罗马人称为“死亡的纳塔利斯”(生日的未被征服的太阳),他们在12月的25上互赠礼物庆祝它。 在几个世纪之后的冬至期间,异教的盎格鲁 - 撒克逊事件被称为Yule正在全面展开,最终演变成我们现在称为圣诞节的节日。

倾斜的星球

但是冬至的原因是什么? 我们的行星相对于其围绕太阳的轨道平面具有轴向倾斜(23.4°),这导致季节。 冬季和夏季,以及春分和秋分,是这些季节中的极端点(见图)。 在冬天,地球远离太阳倾斜会导致阳光照射 分散在更大的表面区域 比在夏天。 它还会使太阳升起并提前设定,使我们的日照时间更短,温度更低。

冬至:圣诞节的天文学Meniou /维基百科, 创用CC BY-SA

碰巧,地球倾斜的方向随时间而变化。 自古希腊时代以来,人们就已经知道这些变化。 希帕克斯是现代天文技术的创始人之一,他写道 第一个全面的明星目录 在129 BC。 在编制了他的目录之后,他注意到星星的位置已经从早期记录中的位置发生了变化,例如巴比伦人。

有趣的是,星星似乎已经移动了相同数量的位置,他意识到了位置 天空一定是在几个世纪以来一直在移动。 目前,我们的天体北部以恒星的位置为标志 北极星。 但情况并非总是如此。

旋转物体(如地球)的旋转会受到外力的影响。 鉴于地球已经在旋转,施加在地球上的任何力,例如来自月球或太阳系中其他物体的重力,都会改变这种旋转(称为扭矩)。 地球上的结果称为 昼夜平分点的岁差 - 一种影响我们对恒星观测的现象。 在电影中,几次显示了一个较小规模的可见例子 盗梦空间,使用旋转陀螺的岁差来确定主角是在现实中,还是仍然在做梦。

对于地球而言,这种岁差每隔26,000年在天空中划出一个圆圈(见下图)。 在3,000 BC,天体北部是Draco星座中的星形Alpha Draconis(Thuban)。 鉴于我们可以预测这一动作,我们知道13,000从现在起我们的北极星将是Vega,位于Lyrae星座。

冬至:圣诞节的天文学作者提供

作为26,000年周期的一部分,这也影响了一年中季节的开始,因此对于试图将任何文化意义归因于特定季节中的特定点的任何人都具有重要意义。 地球绕太阳运行所需的时间大约是365.25天,这意味着我们每四年有一天额外的一天。 相比之下,当相对于固定的背景恒星测量时,昼夜平分点的进动导致地球轨道周期之间的差异大约为20分钟(一个恒星年),以及太阳每年(太阳年)返回天空中相同位置所需的时间。

作为一个历史的一面,它是太阳年的长度和一年的长度之间的差异 朱利安日历 这促使转换为目前使用的 公历。 昼夜平分点的岁差是众所周知的,并且引起了几天的差异,这促使了这一点 尼西亚理事会 改变我们的日历系统.

根据最初由罗马人在46 BC建立的儒略历,英格兰的新年那天曾在3月25,这也被用来定义纳税年度的开始。 在1752中采用公历 转移了纳税年度的日期 按11天转发,但将新年定为1月1。 但是,为避免11天税收损失,当时的政府设定了我们的纳税年度 从四月6开始 它至今仍然存在。

因此,考虑到一天中有1,440分钟,以及恒星年和太阳年之间的20分钟差异,那么在72年期间,昼夜平分点(和至日)的日期将在日历中向后移动一个如果他们没有得到纠正(他们是),那一整天。 这意味着罗马使用冬至作为圣诞节时间的参考点,将在11月底结束时庆祝圣诞节。 更进一步说,巨石阵的建造者将在九月份经历冬至。

火星上的圣诞节

冬至在历史上显然是重要的,但未来呢? 也许在几百年后,人类定居者将在火星上庆祝圣诞节。 火星也有轴向倾斜(25.2°),因此季节和我们一样。 火星也经历了昼夜平分点的进动,但进动期不如地球的稳定。 一个完整的火星人进动大概是 167,000年.

火星上的北半球冬至刚刚过去,发生在十月的16上。 因为火星上的恒星年是687地球日,所以下一个火星北半球冬至将在9月2,2020之前不会发生。

这意味着,任何希望在数千年前在杜林顿城墙上重建冬至“庆祝活动”的火星殖民者,或许,只是标记圣诞节,都将不得不习惯于几乎每年都在不同的火星季节庆祝。谈话

关于作者

Gareth Dorrian,空间科学博士后研究员, 诺丁汉特伦特大学 和讲师Ian Whittaker 诺丁汉特伦特大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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