可它为什么是倾斜的,黄道面为什么存在

在地球上用什么方式可以看到黄道？为什么？

笔者虽然是数学老师，但也是天文爱好者，对回答这个问题很感兴趣，谈一下自己看法，不当之处，留言点评探索。什么是黄道我们古代常说的“黄道吉日”就是指的黄道！所谓“黄道吉日”，就是太阳对地球的影响有利于人类生存的日子或时间节点。亦称“光道”。古人想象的太阳周年运行的轨道。即地球绕日公转的轨道平面与天球相交的大圆。

大约公元前八十年左右，我国有了明确的黄道概念，而且进行了以黄道为基本大圆的天体位置量度。《后汉书.律历志中》引汉石申《星经》：“黄道规牵牛初直斗二十度，去极二十五度（应为一百十五度）。”《汉书·天文志》：“日有中道，月有九行。中道者，黄道，一曰光道。光道北至东井，去北极近；南至牵牛，去北极远；东至角，西至娄，去极中。

夏至至于东井，北近极，故晷短；立八尺之表，而晷景（影）长尺五寸八分。冬至至于牵牛，远极，故晷长；立八尺之表，而晷景长丈三尺一寸四分。春秋分日至娄、角、去极中，而晷中；立八尺之表，而晷景长七尺三寸六分。此日去极远近之差，晷景长短之制也。去极远近难知，要以晷景。晷景者，所以知日之南北也。”《新五代史·司天考一》：“黄道者，日轨也。

其半在赤道内，半在赤道外，去极二十四度。”在地上测太阳日影，则得日照杆影二十四节气太极图。图 日照杆影二十四节气太极图图 天空“8”的日行迹 地上日影“太极图”所以，我们最终会得到这样一副图：天上的“8”字日行迹图和地上日影“太极图”，当然了，实际上太阳一年的运动周期，导致出现的同步天象远不止这些，但是这两者是最明显的天文迹象了！在地球上用什么方式可以看到黄道我们以“二十四节气”和“黄道十二宫”为例，看黄道、赤道的观测范围：图 黄道和赤道十二星次，因为二十四节气根据太阳在黄道不同的视位置定的。

古人把黄道附近一周天平分为星纪、玄枵等十二次，太阳运行到某次就叫某某某节气（实际上二十四节气表示地球在围绕太阳公转的轨道上的二十四个不同的位置。十二次对应十二宫。）图 西方黄道十二宫天象轨道、二十四节气图（黄线为黄道，红线为赤道）通过上图，我们可以看到西方黄道十二宫分布在“黄线”的环形轨道上，黄道十二星座位于中国“二十四节气”周围，图中的红线为天赤道（即地球赤道投影），春分点的测定需要黄道和天赤道的升交点才能观察到。

图 黄道十二宫，黄道赤道图在上图中，我们可以看到，由于西方的“黄道坐标系”上空没有天赤道，也就没有天赤道的星座，自然无法测得“春分点”，而黄道十二宫的“黄经0度”是以春分点开始的。图 十二宫在天球上运动动态图从这个动态图中可以看到黄道十二宫沿着黄道转动，在没有天球-赤道坐标系统的时候，西方是怎么绘制出全天空星象图的？！古代如何测“冬至、春秋分、夏至”呢？中国古代是知道“黄道”概念的，虽然，中国是“赤道坐标系”，但因为观测“二分二至”就必然会知道“黄道”，“冬至点”的测定对于历法起始相当重要，不可能不知道，在中国西周时期已经有“二至”、“二分”，这四个节气已经对四季作了初步的划分！但，奇怪的是，西方使用的“黄道坐标系”，为什么却没有在历法当中使用“二十四节气”，尤其是“二分二至”，不知道这个概念，怎么知道四季？怎么定历法？怎么会有“黄道”，甚至是“黄道坐标系”？不由得想问“黄道坐标系”真的是西方发明的吗？！由于地球的自转轴(地轴)与其公转的轨道面成66°34′的倾斜。

地球的自转同它公转之间的这种关系，天文学和地理学上通常用它的余角(23°26′)，即赤道面与轨道面的交角来表示。可是，这个交角现实中很难测得，怎么办呢？所以，我们需要“天球赤道坐标系”，其实，前面已经提到了，现在再说一遍。简单的说，把天空想象成一个假想的大球，我们看到的天体都是这个大球上的投影，这个大球叫天球。

地球公转轨道在天球上的投影就是黄道，在地球上看去，就是太阳在天空中要经过的圆；天赤道就是地球赤道在天球上的投影；白道就是月球在天空中运行轨迹在天球上的投影。图　天赤道就是地球赤道在天球上的投影因此，将地球赤道投影在天球上，通过观察太阳与天赤道的相对位置来推算太阳与地赤道的相对关系。这样就能观测到冬至、春秋分、夏至。

图 朔望月、春秋分、夏冬至、黄赤白道图所以，这个地球的地轴与公转轨道面的倾斜，在地心天球上，则表现为黄道与天赤道的交角，并被称为黄赤交角，又称“黄赤大距”。不过，遗憾的是只有中纬度地区才能观察到地球有“倾角”这一现象呢！一点感慨中国古代天文学，在星占、命理、医学等中都有相应描述，常有人说中医是玄学，其理论不可捉摸，这就是对中国传统的无知。

而古代天文学的知识，在今天太少人知道了，明末顾炎武说：“ 三代以上，人人皆知天文.‘七月流火’，农夫之辞也；‘三星在天’，妇人之语也；‘月离于毕’，戍卒之作也；‘龙尾伏辰’，儿童之谣也。后世文人学土，有问之而茫然不知者矣，”(《日知录》卷三十)。正因为如此，现在的很多中国人才不能理解中国的文化！如果懂得中国古代基本的天文学知识，也就对很多中国文化能够有所理解了。

方能知晓古人并不愚蠢，懂得古人的时空观念，也正是长期对天象的观测，才能发出“天人合一”这样的声音！星空和日月是古人认识宇宙的唯一手段，这一点上东方西方是有非常多相通点的，比如国外有黄道十二宫，中国有十二地支，中国有日晷，国外有Sundial，这种相似点不胜枚举，都是源于对相同的客观现象的观察。但不得不提的是，当西方能够将发展机械而获得的精确计时系统与其发展玻璃而获得的望远镜结合的时候（机械与玻璃都是源于教会修建主教堂的需求，钟楼与彩色窗户），在天体的认识上就将东方甩在了身后。

为什么太阳系九大行星都在同一平面上运转？

纠正一下，太阳系是八大行星，冥王星早就被除名了，如题目中所说，太阳系八大行星的确近似在同一个轨道平面上运行。那么这是为什么呢？八大行星在同一个平面上，在太阳的赤道面附近，这个面也被称为黄道面。一般认为这是因为整个太阳系都是由同一个星云凝聚而成的。太阳占据了超过99%的质量，八大行星质量小于1%。太阳系原本是一团巨大的星云，一个近似球体的旋转状态，在自身重力的作用下慢慢凝聚在一起，由于角动量守恒的缘故，其旋转速度越来越快。

星云越聚越近，旋转速度也越来越快，中间部分体积越来越小，凝聚得越来越紧，成为太阳，与此同时有少量的物质被抛出中心凝聚体，在中心体的赤道平面外形成了一个巨大的薄层。但是后来由于某种不确定的原因，在这层星云中，又凝聚出了几个大的行星，与中心太阳形成的过程相似，行星周围又以类似的方式形成了各自的卫星，所以各个行星在太阳赤道平面上运行，同样的卫星也是在各自行星的赤道面上运行。

虽然主流观点是这样，但是这个观点也有说不通的地方，为什么薄层星云中可以形成几个行星。太阳系八大行星的自转方向多数与公转方向一致，但金星和天王星例外，金星自动向西自转，而天王星的自转轴与黄道面的夹角很小，看起来就像是在躺在黄道面上打滚一样。之前冥王星也被列为太阳系中的行星，但是它显然与其它行星不一样，首先就是体积过小，质量也仅有月亮的1/3，外观也不够圆，再者其它八大行星的公转轨道几乎在同一平面，但是冥王星运行轨道与黄道面倾角达到了17°，于是在2006年冥王星被踢出了行星之列，被重新定义为矮行星。

自从把冥王星除名之后，人类对于行星有了新的定义:1、行星必须围绕恒星旋转。2、质量足够大，能够依靠自身的引力使得天体呈圆球体。3、轨道附近没有其它的物体。科学家认为冥王星之前很有可能是海王星的卫星，但是后来由于某种变故脱离了海王星，之前发现的冥王星有卫星（卡戎），但是后来进一步观测发现卡戎并不是冥王星的卫星，冥王星和卡戎是互相围绕彼此旋转，也就是说冥王星并没有卫星。

太阳系的黄道面与银河系的黄道面是一个平面吗？

太阳系中的行星都是从同一个原行星盘中形成，所以几大行星基本上都在相同的平面上绕着太阳公转，所以可以认为太阳系呈现为盘状（但太阳系外围还有笼罩着球壳状的奥尔特云）。另外，黄道面一般指的是地球所在的公转轨道平面，但不同行星的轨道平面与地球黄道面还是存在一定的夹角，所以太阳系的行星并没有完全统一的轨道平面。

在银河系中，恒星以及星云等普通物质都在差不多在相同的平面上绕着银心公转，所以可以认为银河系也是呈现为盘状。但银河系还是有厚度的，只是相比直径短了很多。银盘的平均厚度大概有两千光年，而银盘的直径至少有十万光年。那么，太阳系的盘面与银河系的盘面是否基本上处在相同的平面上呢？不是。太阳系的盘面与银河系的盘面之间大约有一个60度的夹角。

事实上，银河系不会对太阳系以及其他恒星系统的盘面朝向造成影响，决定恒星系统盘面朝向的是它们形成时的原始星云角动量的方向，而这是随机的。因此，在银河系中，有些恒星系统的盘面差不多会与银盘共面，而有些可能会垂直于银盘，还有些可能也像太阳系这样与银盘存在60度的交角。无论太阳系的盘面朝向何方，对于太阳系本身是不会有什么影响的。

银道、黄道、赤道之间的夹角是怎么样的？为什么？

地球绕着自转轴旋转，赤道面与自转轴垂直，并且赤道是过地心的大圆。以太阳为静止参照系，地球绕着太阳旋转，其轨道平面为黄道面，与之相垂直的是黄极。银河系呈现为盘状结构，银道面是星系质量最为集中的平面，与之相垂直的是银极。那么，银道面、黄道面和赤道面之间的夹角是多少呢？太阳系又位于银道面的哪个方向呢？由于地球的自转轴是倾斜的，所以赤道面和黄道面并非共面，而是存在一个大约23.4°的夹角，这就是地球自转轴的倾角。

正是由于地轴倾斜，使得太阳直射地球的区域在不断发生变化，所以地球上才会有四季更替。太阳目前不在银道面上，而是位于银道面北方大约100光年之处。以银河系中心为静止坐标系，太阳绕着银心旋转。然而，不像地球公转轨道呈现为椭圆形那样，太阳的公转轨道是波浪式的，因为太阳会在银道面上下方反复穿行，周期约为3200万年。

黄道面也没有与银道面处在同一个平面上，它们两者之间的夹角约为60°。关于银道面、黄道面和赤道面之间的角度关系，详见下图：由于在北半球的夏季期间，地球的夜空朝着银心，所以那时能够看到比冬季更为明亮的银河。另外，以地球为静止坐标系，月球绕着地球旋转，其轨道平面被称为白道面。由于白道面和黄道面并不共面，它们之间的夹角约为5.15度。

为什么太阳系所有环绕天体都在同一个黄道面附近？

的确，在太阳系中八大行星，小行星带等绝大多数天体都是在黄道附近运行。这是偶然的还是必然的，我认为是必然的，从其它天体就能看出规律来。木星、土星、海王星不管它的自转轴怎样倾斜，围绕它的卫星和环都是在它的赤道面附近运行。天王星直接躺着运行，据说是被其它天体撞击倾斜的。但是围绕它的卫星和环也跟着倾斜了，仍然在它的赤道面附近运行。