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宣導 管理員2 - 資訊新知 | 2016-08-19 | 點閱數: 1959

世界最早的北回歸線地標位於台灣嘉義縣水上鄉,是 1908 年日據時代為了慶祝台灣縱貫鐵路通車而建的。右上方這幀老照片是建於 1923 年的第三代地標;前兩代已不堪風雨被夷為平地,第三代則於 1935 年因地震損壞後改建為第四代。目前仍聳立著的是在一號省道旁原址的第五代,以及旁邊的第六代天文展覽館。(有機會別忘了去探訪,很值得的!)

地標清楚地寫著該址的經緯度:「北緯 23 度 27 分 4 秒 51 ,東經 120 度 24 分 46 秒 5」,毫不含糊。整整 100 年過去了,這些數字仍正確嗎?

其實地球上任何一個地點的經緯度在百年這麼短的時間裡基本上是不變的。板塊漂移一年了不起幾公分而已, 100 年累計頂多 0.1 弧秒。

經度是人為標定的,牽涉的是鐘時,此處無關緊要,因此表過不提。緯度呢?

緯度是由地球的自轉向量決定的。自轉軸與地表的交點是南、北極,即南、北緯度 90 度;中間垂直的橫截面是赤道,零緯度。自轉軸相對於地表的位置會緩緩漂移,叫做極漂移;地表任何地點的緯度也因此有相應的變動,但是極漂移一年也不過 10 公分, 100 年也才 0.3 弧秒。(至於極為何漂移?原因是所謂的冰期後反彈現象,在角動量守恆原理之下的有趣結果,可惜不是此處三言兩語可以道盡。)

這些微小的變動,對於上述該地標址經緯度的標定可說是無傷大雅;所以緯度基本上也沒問題。真要問的問題其實是:「100 年過去了,北回歸線還一直通過該處嗎?」真抱歉,北回歸線可沒那麼聽話,它腳底沒停的已經跑掉老遠啦!

也就是說,北回歸線的緯度竟然是會變的!這可不是新聞,而是早自 1920 年代就已經被米蘭科維奇揭示啦!他是當時東歐的一位數學家,透過計算提出驚人的結論:地球和太陽之間的關係,並不是穩定不變的,而是有著三種長期、緩慢的變化,地球上的氣候也隨之緩慢地變化,我們今天稱它們為米蘭科維奇循環。

其實在天文上,人們早就懂得:地球以橢圓軌道繞太陽公轉,大不了加上月球在周邊的重力小擾動,沒啥新鮮事。至於自轉,則有古人經過長期的天象觀察發現的所謂歲差現象,其原因也早已由牛頓解釋了:地球的自轉赤道面和公轉的黃道面並不重合,有約 23.5 度的傾斜。這個傾角一方面給予我們四季,一方面和地球微橢胖的身材聯手,在月球加太陽的潮汐力作用下,讓地球的自轉軸在太空中緩緩進動,以 47 度夾角畫出一個錐形,繞一圈週期將近 2 萬 6000 年。歲差就是從立足地球的觀點長期觀察天象所看到的現象。

但是實際情況並不如此單純,因為還有好幾個遠近大小不一的行星,舞動著它們隨身的重力,一直在旁邊對日–地–月系統來回擾動著。結果造就了三種米蘭科維奇循環,其中一種就是地球傾角(亦即黃、赤交角)以約 4 萬 1000 年的週期漸大漸小地變動,其幅度約正負一度(坊間一般讀物誤會傾角的改變是由極移和歲差造成的,錯!)。

而我們今天的 23.5 度傾角(當然也就是北回歸線的緯度)正處於往南擺蕩的中間點,所以約 1/4 週期也就是約一萬年後,北回歸線會一直跑到 22.5 度(屏東),然後花約兩萬年北返,其間通過嘉義,最北到達 24.5 度(苗栗),再擺蕩返南、周而復始。你知道嗎? 100 年來北回歸線以每年 15 公尺的進度,已跑到嘉義地標的南邊一公里半之遙了!地標公園既然沒法子跟著跑,那就只好乾等它兩萬年後的再次過門不入吧!

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人 2009 年第 88 期 6 月號】