岁差(axial precession),在
天文学中是指回归年与恒星年的时间差。岁乃年也,岁差即年差,是回归年与恒星年的时间差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道,由于白道对于黄道约5度倾斜,这使得月球产生的转矩的大小和方向不断变化,月球围绕
地球公转导致地球在公转轨道上左右摇摆,18.6年在轨道上一个周期,振幅为9.21秒,这种现象称为章动。
月球围绕
地球公转,在月球引力的作用下,地球在轨道上围绕太阳公转的轨迹呈现出与月球
公转周期左右摇摆的变化。地球在公转轨道上左右摇摆的周期运动则称为
章动。岁差引起节气点西移,章动引起我们视觉中每月恒星的位置有月周期性的变化。
公元前二世纪,古希腊天文学家
喜帕恰斯在编制一本包含1,022颗恒星的星表时,把他测出的星位与150多年前阿里斯提留斯和提莫恰里斯测定的星位进行比较,发现恒星的
黄经有较显著的改变,而黄纬的变化则不明显。在这150年间,所有恒星的黄经都增加约1.°5。喜帕恰斯认为,这是
春分点沿
黄道后退所造成的,并推算出春分点每100年西移1°。这是
岁差现象的最早发现。公元四世纪,中国晋代天文学家
虞喜,根据对
冬至日恒星的
中天观测,独立地发现岁差,并定出
冬至点每50年后退1°。《宋史·律历志》记载:“虞喜云:‘尧时冬至日短星昴,今二千七百余年,乃东壁中,则知每岁渐差之所至。’”岁差这个名词即由此而来。牛顿第一个指出产生岁差的原因是太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引。在太阳和月球的引力作用下,
地球自转轴绕着黄道面的垂直轴(黄道轴)旋转,在空间描绘出一个圆锥面,绕行一周约需26,000年。在
天球上天极绕
黄极描绘出一个半径约为23.°5(
黄赤交角)的小圆,即
春分点沿黄道每26,000年旋转一周。这种由太阳和月球引起的
地轴的长期运动称为
日月岁差。德国天文学家
贝塞耳在1818年首次得出日月岁差为5,034.″05(历元1755.0),今值为5,025.″64。
地球自转轴在空间绕着黄道轴转动的同时,还伴随有许多短周期的微小变化。英国天文学家
布拉得雷曾在1748年分析了20年(1727~1747)的恒星位置的观测资料后,发现了另一重要的天文现象──
章动。
月球轨道面(
白道面)位置的变化是引起章动的主要原因。
白道的
升交点沿黄道向西运动,约18.6年绕行一周,因而月球对地球的引力作用也有同一周期的变化。在
天球上,表现为天极(真天极)在绕黄极运动的同时,还围绕其平均位置(平天极)作周期为18.6年的运动。同样,太阳对地球的引力作用也具有
周期性变化,并引起相应周期的章动。岁差和章动的共同影响,使得真天极绕着
黄极在天球上描绘出一条波状曲线。
式中ψ和θ为两个
欧拉角,由ψ和θ可以确定
地轴在空间的位置;C为地球的最大主
惯性矩;U为太阳和月球对地球的吸引的
力函数;ω为一常数(等于地球的平均自转速率)。这个方程式的解为:
除太阳和月球的引力外,地球还受到太阳系内其他行星的吸引,从而引起
黄道面位置的不断变化,这不仅使
黄赤交角改变,而且还使
春分点沿赤道产生一个微小的位移(其方向与日月岁差相反),春分点的这种位移称为
行星岁差。它可根据天体力学理论精确地计算出来,由已知的行星质量和
行星轨道要素的数据可算出,行星岁差使春分点沿赤道每年东进约0.″13,这个量习惯上用λ表示。