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)代天文學的視角來看，天赤道是天球上假象的一個大圈，位于地球赤道的正上方；也可以說是垂直於地球地軸把天球平分成南北兩半的大圓，理論上有無限長的半徑。

當太陽在天赤道上時，白晝和黑夜到處都相等，因此天赤道也被稱為晝夜中分線(equinoctial line)或晝夜平分圓；那時北半球和南半球都處于春分或者秋分，在一年當中太陽有兩次機會處于天赤道上。

其次，對于從地球觀察者的角度來說，天赤道平面是一個垂直于北天極中軸的、處于天球直徑所在平面上的一個大平面，如上圖所示。在實踐運用中，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，必須將日晷的晷面與天赤道平面保持平行；否則的話，太陽照射晷針形成的陰影在每個時間上的長度會都不相同，晷針陰影在晷面上走的就不是圓周運動、而是一個黎明和黃昏時針影最長正午時最短的橢圓運動。

如果針影走的是橢圓而非圓周的話，那么就無法通過均分晷面弧度的方式來均分各時間段的時長、晷面的每段等分弧長對應(yīng)的具體時間長度都是不一樣的，這樣就無法做到準確報時的作用。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時天文觀測和應(yīng)用的基準。

從現(xiàn)代天文學來看，之所以要保持日晷指針指向北天極，是為了模擬太陽在地球赤道上的每日視運動軌跡。而地球上除了赤道外，每個地方的緯度都是不同的，為了模擬出赤道的效果，必須先對當?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放置日晷，是因為：地球赤道與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的半圓,從而使得赤道任何一天晝夜是等長的。并且在赤道上，太陽每個小時在天球上的運動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小時畫出的弧線長也是相等的。

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，這樣就能通過分辨針影劃過的弧線長來判斷相應(yīng)的時間跨度。

由于天赤道之于天文觀測和日常計時有如此這般的重要作用，所以我們的先祖才會以天赤道為基準來設(shè)計二十八星宿，以便于日常計時工作的開展。在當時生產(chǎn)力條件下要找到天赤道的方法就是：通過觀測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，只需借助一些簡單的工具就可辦到：

《淮南子·天文訓》云：“正朝夕：先樹一表，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表桿測日出、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；如果需要進一步精確的話，則在正午時通過測量表影是否最短，來進行更精確的矯正。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，在正東方的地平線上尋找標志性亮星（如心宿二、婁宿二等），通過觀測它們在夜空中的軌跡，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。

此時的日晷晷面與真實的天赤道平面未必保持完全平行、晷針所指也未必是北極點，需要對日晷進行精確矯正后才能達到正確報時的作用。要進行矯正也不難，只需在白天定時測量晷針針影的長度，直到確定無論在一天內(nèi)的哪個時間里，針影的長度始終一致——這時就可確認日晷的晷面與天赤道平行、晷針所指為北極點。

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、天赤道為0緯度的經(jīng)緯線體系。通過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，即使沒有這套經(jīng)緯線，也無妨天赤道邊二十八星宿宿距的測定。

因為可以參照每個星宿與終年高懸于天的北斗七星之間的角度和距離，來確定每個星宿在天球上的位置。由此可見，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，就使人工計算星宿位移需要多少時間成為可能，為日后測定黃道和制定“推步歷”做了必須的鋪墊工作。