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从地球上看,太阳相对于恒星的位置不断向东移动,一年行一周。太阳在天球上的运动轨迹是 一个大圆,称为黄道,黄道其实是地球公转轨道投射在天球上的大圆。在古代, 太阳在黄道上的位置是用圭表测量正午时日影的长度而定。这里正午是指太阳位于正南方 位的时刻(假设观测站位于北回归线以北)。正午日影最长的一日称为冬至。从冬至到下一个冬至的时间称为一「岁」, 而从农历正月初一到下一年正月初一的时间称为一「年」。现在除了提及年龄外, 很少会用岁说时间,而年则一般指公历的一年。
从冬至起,可将黄道等分二十四段,二十四段的边界有二十四点。二十四节气就是太阳 通过这二十四点的时刻。我们知道太阳在天球上的视运动是因为地球绕太阳公转的 缘故。如下图所示,可以设想二十四节气是地球通过其公转轨道二十四个点的时刻。 地球的自转轴并不与其公转轨道垂直,这就是季节的成因,也是正午时日影长度变化 的原因。
用现代天文学的术语来说,二十四节气是太阳的地心视黄经λs 是15°的整数倍的时刻。下表列出二十四节气的名称、太阳的地心视黄经和公历的近似日期。
节气 | 太阳地心视黄经 | 近似公历日期 |
---|---|---|
立春 | 315° | 2月4日 |
雨水 | 330° | 2月19日 |
惊蛰 | 345° | 3月6日 |
春分 | 0° | 3月21日 |
清明 | 15° | 4月5日 |
谷雨 | 30° | 4月20日 |
立夏 | 45° | 5月6日 |
小满 | 60° | 5月21日 |
芒种 | 75° | 6月6日 |
夏至 | 90° | 6月22日 |
小暑 | 105° | 7月7日 |
大暑 | 120° | 7月23日 |
立秋 | 135° | 8月8日 |
处暑 | 150° | 8月23日 |
白露 | 165° | 9月8日 |
秋分 | 180° | 9月23日 |
寒露 | 195° | 10月8日 |
霜降 | 210° | 10月23日 |
立冬 | 225° | 11月7日 |
小雪 | 240° | 11月22日 |
大雪 | 255° | 12月7日 |
冬至 | 270° | 12月22日 |
小寒 | 285° | 1月6日 |
大寒 | 300° | 1月20日 |
为了方便记忆二十四节气,有人把二十四节气顺序每节气各取一字编成以下歌 诀:
春雨惊春清谷天
夏满芒夏暑相连
秋暑露秋寒霜降
冬雪雪冬小大寒
二十四节气根据太阳在黄道的位置而定,属阳历。公历也是阳历,所以节气的公历日 期每年只有一两日变动。以往的日历一般列出二十四节气的农历日期,所以不少人 以为二十四节气属于阴历或阴阳历,其实不然。鉴于二十四节气的公历日期基本不变,有人把上面二十四节气歌诀加上以下三句:
最多相差一两天
上半年来六廿一
下半年来八廿三
上半年是指公历1月到6月,下半年指公历7月到12月。六、廿一、八、廿三也是指公历的日期。
由立春算起,单数的节气称为「节气」,简称「节」(即 立春、惊蛰、清明、立夏、芒种、小暑、立秋、白露、寒露、立冬、大雪、小寒),双数的节气称为「中气」,简 称「气」(即 雨水、春分、谷雨、小满、夏至、大暑、处暑、秋分、霜降、小雪、冬至、大寒)。中气在农历中有重要作用,农历是阴阳历,既考虑月亮盈亏变化也顾及 季节交替。为使农历月份不偏离季节交替的周期,农历每三年左右要设一个闰 月,闰月的安插是由中气决定,详情可参阅农历编算法则网页。
最早的完整二十四节气名称见于汉初的《淮南子‧天文训》,名称和次序和今天的完全一样。《汉书‧律历志》也记有二十四节气,但是头六个节气次序与《淮南子‧天文训》稍有不同:惊蛰在雨水之前、谷雨在清明之前,即立春、惊蛰、雨水、春分、谷雨、清明……。本网站的二十四节气顺序一律依照《淮南子‧天文训》。
上述二十四节气以太阳走到黄道二十四个定点的时刻来定义,称为「定气」。顺治二年(1645年)历法改革前,二十四节气的计算是把回归年平分二十四段,每一段时刻就是一个节气时刻,用这种方法来定义的二十四节气称为「平气」。
根据平气法,两中气相隔的时间是回归年的十二分之一,即30.44日。农历规定每月初一必定发生在朔日。所以即使有一个中气(用平气法来定)发生在初一零时,下一个中气也要在三十日后,农历一个月最多只能有三十日,所以下一个中气必然发生在下一个月,由此可推出一个月最多只能含有一个中气。顺治历改前的农历月序由中气决定:含雨水的月份定为正月、含春分的月份定为二月、含谷雨的月份定为三月等等。如果有农历月不含中气,该月就定为闰月。这置闰法则就是著名的「无中气置闰法」。
顺治历改后,二十四节气用定气来定义,这使上述月序和无中气置闰法则失效,因为一个月有可能含两个中气,而一岁内可能有一个以上的无中气月。由定气法所定义的二十四节气时间间隔并不相等,这是由于地球公转轨道是椭圆的,当地球接近太阳时运行比较快,两节气的时间间隔也比较短,当地球离太阳远时运行比较慢,两节气的时间间隔也比较长。两中气的时间间隔最短是29.44日,最长是31.44日。由于有两中气的时间间隔短于三十日,一个月有可能出现两个中气。顺治历改后,农历月的数序及置闰法则由一套较为复杂的法则来定,详情可参阅本网站的农历法则网页。不过,一个月内含两个中气的情况很罕见,一百年只会出现两三次。所以在大多数的情况下,含雨水的月份是正月、含春分的月份是二月、含谷雨的月份是三月等等。
平气的二十四节气时刻计算很简单,只要知道某一节气的时刻,其他节气的时刻只须加上(回归年时间/24)的整数倍。然而中国历代历法修改频繁,每次改历都会修改节气时刻以符合当时的观测数据,而且各历法采用的岁实(即回归年)都稍有不同。中国历代的平气时刻或可用分段线性函数表示。