季节开始日期：复杂的天体力学

什么原因解释了每年季节日期的变化？

可变性的三个主要原因

天文季节从不在同一日历日期精确开始。因此，在北半球，春天可以在3月20日或21日开始，夏天在6月20日或21日，秋天在9月22日或23日，冬天在12月21日或22日。这种可变性不是任意的，而是由三个主要原因造成的：回归年的实际持续时间（约365.2422天）、公历的闰年（每四年增加一天，但不可被400整除的世纪年除外），以及岁差（地球自转轴的缓慢运动，每世纪将季节标记移动约20分钟）。

回归年和恒星年

回归年

回归年是地球回到相对于太阳的同一视位置所需的时间，即从一个春分到下一个春分。 它持续约365.2422天，即比365天的民用年多约5小时48分46秒。 这个持续时间略短于恒星年（\(365.2564\)天），这是由于岁差，它随着时间的推移缓慢移动季节标记。

恒星年

恒星年对应于地球相对于固定恒星绕太阳完成一整圈所需的时间，约365.2564天。 由于岁差，它比回归年（365.2422天）略长，这使季节在日历中向后漂移。 恒星年主要用于天文学中跟踪恒星在天空中多年的位置。

回归年和民用日历

累积的偏移

测量两个连续春分之间时间的回归年实际上持续约\(\ 365{,}2422 \ \text{天} \)。然而，我们的民用日历基于365或366天的年份。 这个≈0.2422天的差异逐年累积。如果不校正，春分和夏至在日历中将越来越晚。闰年通过每四年增加一天来补偿这种延迟，使它们略微提前。仍然存在非常小的残余漂移：春分和夏至每约3300年前进一天，因此在数千年中变得非常略微更早。

闰年的作用

为了补偿这种偏移，公历每四年引入一个闰年，但有例外：不可被400整除的世纪年不是闰年。例如，1900年不是闰年（可被100整除但不可被400整除），而2000年是闰年（可被400整除）。这个机制将回归年的持续时间近似为\(\ 365{,}2425 \ \text{天} \)，将平均误差减少到每年约26秒。尽管如此，季节的精确时刻仍然每年略有漂移。

岁差和其他轨道效应

运动中的自转轴

地球在太空中的旋转并不像完美稳定的陀螺。它的自转轴描绘出一个缓慢的圆锥，这种现象称为岁差。这种运动导致春分点在时间上逐渐移动（每世纪约20分钟），长期改变季节日期。例如，2000年前与白羊座开始重合的春分点，今天位于双鱼座。这种由岁差引起的偏移非常缓慢地改变季节相对于恒星的位置。

其他轨道不规则性

除了岁差之外，还有更微妙的效应，如地球轨道的偏心率变化和章动，使动力学更加复杂。这些现象虽然在人类尺度上很小，但在长时间内导致季节日期的可变性。

注：
章动是叠加在岁差上的地球轴的小振荡，由月球和太阳对赤道隆起处的引力引起。其主要周期约为18.6年，对季节日期的影响仍然极小。

季节日期表（2025–2040）

下表列出了2025年至2040年期间天文季节开始的世界时（UTC）精确日期和时间。这些数据具体说明了年复一年的日期可变性。