九、天赤道

天赤道為何物？天赤道又有何重大意義，使得古人要如此將此突顯？

首先，以現(xiàn)代天文學(xué)的視角來(lái)看，天赤道是天球上假象的一個(gè)大圈，位于地球赤道的正上方；也可以說(shuō)是垂直於地球地軸把天球平分成南北兩半的大圓，理論上有無(wú)限長(zhǎng)的半徑。

當(dāng)太陽(yáng)在天赤道上時(shí)，白晝和黑夜到處都相等，因此天赤道也被稱(chēng)為晝夜中分線(equinoctial line)或晝夜平分圓；那時(shí)北半球和南半球都處于春分或者秋分，在一年當(dāng)中太陽(yáng)有兩次機(jī)會(huì)處于天赤道上。

其次，對(duì)于從地球觀察者的角度來(lái)說(shuō)，天赤道平面是一個(gè)垂直于北天極中軸的、處于天球直徑所在平面上的一個(gè)大平面，如上圖所示。在實(shí)踐運(yùn)用中，天赤道也有很重要的作用。

我們的先祖很早就發(fā)現(xiàn)：在放置日晷時(shí)，必須將日晷的晷面與天赤道平面保持平行；否則的話(huà)，太陽(yáng)照射晷針形成的陰影在每個(gè)時(shí)間上的長(zhǎng)度會(huì)都不相同，晷針陰影在晷面上走的就不是圓周運(yùn)動(dòng)、而是一個(gè)黎明和黃昏時(shí)針影最長(zhǎng)正午時(shí)最短的橢圓運(yùn)動(dòng)。

如果針影走的是橢圓而非圓周的話(huà)，那么就無(wú)法通過(guò)均分晷面弧度的方式來(lái)均分各時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)、晷面的每段等分弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的具體時(shí)間長(zhǎng)度都是不一樣的，這樣就無(wú)法做到準(zhǔn)確報(bào)時(shí)的作用。所以必須將日晷的晷面與天赤道平面保持平行，天赤道因此而成為當(dāng)時(shí)天文觀測(cè)和應(yīng)用的基準(zhǔn)。

從現(xiàn)代天文學(xué)來(lái)看，之所以要保持日晷指針指向北天極，是為了模擬太陽(yáng)在地球赤道上的每日視運(yùn)動(dòng)軌跡。而地球上除了赤道外，每個(gè)地方的緯度都是不同的，為了模擬出赤道的效果，必須先對(duì)當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥茸鱿鄳?yīng)矯正。

而在不借助其他工具的條件下，最簡(jiǎn)單的矯正方法就是將日晷的晷針指向北天極，在將晷面與晷針保持垂直，這樣晷面就與天赤道相平行了，如下圖所示：

之所以須在不同地理緯度都模擬出地球赤道的效果來(lái)放置日晷，是因?yàn)椋旱厍虺嗟琅c昏晨圈的圓心都是地球的球心,因此昏晨圈將赤道分成二份等長(zhǎng)的半圓,從而使得赤道任何一天晝夜是等長(zhǎng)的。并且在赤道上，太陽(yáng)每個(gè)小時(shí)在天球上的運(yùn)動(dòng)軌跡也都是基本相等的，相應(yīng)的照射晷真而形成的晷影在每個(gè)小時(shí)畫(huà)出的弧線長(zhǎng)也是相等的。

因此將晷針指向北天極、晷面與天赤道保持平行后，就能使晷針的針影走出如同將日晷放置在赤道上那樣的等分效果，這樣就能通過(guò)分辨針影劃過(guò)的弧線長(zhǎng)來(lái)判斷相應(yīng)的時(shí)間跨度。

由于天赤道之于天文觀測(cè)和日常計(jì)時(shí)有如此這般的重要作用，所以我們的先祖才會(huì)以天赤道為基準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)二十八星宿，以便于日常計(jì)時(shí)工作的開(kāi)展。在當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力條件下要找到天赤道的方法就是：通過(guò)觀測(cè)那些從正東方星宿的升起，并將這些星宿做一連線，于是就能找到一個(gè)完整的天赤道圓周。而要確定正東正北等四方方位也不難，只需借助一些簡(jiǎn)單的工具就可辦到：

《淮南子·天文訓(xùn)》云：“正朝夕：先樹(shù)一表，東方操一表卻前表十步，以參望日始出北廉。日直入，又樹(shù)一表于東方，因西方之表，以參望日方入北廉，則定東方。兩表之中與西方之表，則東西之正也。”意思就是在以10步為半徑的圓弧上移動(dòng)表?xiàng)U測(cè)日出、日入位置，連線得到正東方向。如下圖：

在確定了正東后，正南正北所在的子午線也就能確定；如果需要進(jìn)一步精確的話(huà)，則在正午時(shí)通過(guò)測(cè)量表影是否最短，來(lái)進(jìn)行更精確的矯正。在確定了子午線后，可將日晷的晷針沿著與子午線平行的方向排列。

然后在黃昏時(shí)，在正東方的地平線上尋找標(biāo)志性亮星（如心宿二、婁宿二等），通過(guò)觀測(cè)它們?cè)谝箍罩械能壽E，即可大致規(guī)劃處天赤道所在的平面與地平面的夾角。將日晷的晷面與天赤道所在的平面保持平行，并以此角度至于地平上；再將日晷與晷面保持垂直，同時(shí)依然保持與子午線的平行——這樣，一套“日晷—子午線”天文系統(tǒng)制成。

此時(shí)的日晷晷面與真實(shí)的天赤道平面未必保持完全平行、晷針?biāo)敢参幢厥潜睒O點(diǎn)，需要對(duì)日晷進(jìn)行精確矯正后才能達(dá)到正確報(bào)時(shí)的作用。要進(jìn)行矯正也不難，只需在白天定時(shí)測(cè)量晷針針影的長(zhǎng)度，直到確定無(wú)論在一天內(nèi)的哪個(gè)時(shí)間里，針影的長(zhǎng)度始終一致——這時(shí)就可確認(rèn)日晷的晷面與天赤道平行、晷針?biāo)笧楸睒O點(diǎn)。

在確定了天赤道后，就需要確定天赤道各星宿之間的宿距。于是古人建立了一套以北天極為原點(diǎn)、天赤道為0緯度的經(jīng)緯線體系。通過(guò)這套體系的劃分可以確定各星宿在天赤道體系中的位置。退一步說(shuō)，即使沒(méi)有這套經(jīng)緯線，也無(wú)妨天赤道邊二十八星宿宿距的測(cè)定。

因?yàn)榭梢詤⒄彰總€(gè)星宿與終年高懸于天的北斗七星之間的角度和距離，來(lái)確定每個(gè)星宿在天球上的位置。由此可見(jiàn)，建立天赤道經(jīng)緯體系和確定二十八星宿之間的宿距并非難事，它們應(yīng)該是隨著二十八星宿一起誕生的。而確定了二十八星宿在天球上的位置后，就使人工計(jì)算星宿位移需要多少時(shí)間成為可能，為日后測(cè)定黃道和制定“推步歷”做了必須的鋪墊工作。