Two-Sphere Model.
人生不相见,动如参与商。—— 杜甫 (参星与商星位于黄道两端,无法被同时观测到)
Journey of the Sun Among the Stars
人们又观察到,一颗特定的星星每天都比之前早升起 4 分钟 (相对来说,太阳每天比星星晚升起 4 分钟?);这表示太阳与星星的旋转速度有所不同。如果把星空视为「固定」的布景,那么相对它而言,太阳在作一日之内的东升西落运动的同时,还在作一年之内的自西向东运动。
一年之内太阳经过的轨道被称为黄道 (ecliptic)。太阳在黄道上运行时,会顺次经过十二个星座,即黄道十二宫 (zodiac constellations):Aires (白羊座), Pisces (双鱼座), Aquarius (水瓶座), Capricornus (魔羯座), Sagittarius (射手座), Scorpius (天蝎座), Libra (天秤座), Virgo (室女座), Leo (狮子座), Cancer (巨蟹座), Gemini (双子座), Taurus (金牛座)。
Inclination of the Ecliptic
黄道相对于天球赤道存在 23.5° 的倾斜,即黄赤交角。这直接解释了太阳运动轨迹在一年之内的平行变化,进而产生了季节交替的现象。这一重要的数据在公元前 1100 年就于「周礼」中有所记载。
测量黄赤交角的方式很简单:(夏至正午太阳高度 $-$ 冬至中午太阳高度) $/2$ 即可。
黄道的发现使得我们的宇宙模型中出现了四个 pinpoints:黄道面与赤道面的交界点是春分点与秋分点;相对的,黄道面上剩下两个四分点为夏至点与冬至点。这样,春分,夏至,秋分,冬至这四个重要的时间节点被我们映射到了宇宙模型的空间节点之上。
Placing Stars on the Celestial Sphere
将春分点作为 reference point,星星的位置可以被赤经 (right ascension) 与赤纬 (declination) 描述。

赤纬与观测地纬度共同决定了星星的升降模式。赤纬 $>$ (90° $-$ latitude) 的星星不会落下;而赤纬 $< -$ (90° $-$ latitude) 的星星将不会升起 (无法被观测到)。赤纬与观测地纬度一致的星星将经过天顶。
The Two-Sphere Cosmology
黄道被发现以后,我们的宇宙模型已经趋于成熟,可以解释大部分天文现象。公元前 200 年左右,双球模型几乎取代了原有的天圆地方/天球模型,一度成为了天文学的重要真理之一。直到天文望远镜的发明以后,双球模型才迎来广泛的质疑。
- (inner sphere) 静止的地球位于宇宙中心,其远远小于外部的天球。
- (outer sphere) 外部的天球缀满了星星,它们随着该天球围绕着南北天轴自东向西旋转,每 23 小时 56 分钟为一周 (sidereal day)。
- 太阳虽参与以上的昼行运动 (diurnal motion),平行于赤道面作以日计的旋转,它同时也缓慢的以黄道为轨穿行在星空之中,每 365 又 1/4 天为一周 (solar year)。
- 黄赤交角是 23.5°。
古人设计了各式各样的浑天仪 (armillary sphere) 来刻画双球模型,其中有一些能够相当准确的预测太阳正午高度,升落方位与时间,太阳所经黄道星座等等天文现象。
An Asymmetric Universe
希腊人崇尚对称:但我们的宇宙却有无数的「不对称」充斥其中。地平面与赤道面的夹角 (纬度角) 使得太阳与地平面呈一定的角度作昼行运动;黄道面与赤道面的夹角又使太阳的升落方位在一年间不断地变化,进而带来了季节更替。
这些「不对称」为何存在?神为什么要将它们引入我们的宇宙?如果黄道与赤道重合,我们的生活会变成什么样子?这些问题促使人类进一步挖掘潜藏在众星之后的意义。