□ 廣東天文學(xué)會 李建基

海峽兩岸的北回歸線標(biāo)志

□ 廣東天文學(xué)會 李建基

寫在前面的話：

筆者是廣州人，是北回歸線的土壤及其陽光雨露哺育我成長，使我對北回歸線的文化和歷史有著深厚的感情。從小愛好天文地理的我，為了探討北回歸線文化和北回歸線標(biāo)志的奧秘，于2005年攜帶GPS（全球定位系統(tǒng)）、相機(jī)、氣壓表、高度計(jì)和指南針等，計(jì)劃走遍祖國大地的北回歸線標(biāo)志，并測量其地理三要素：緯度、經(jīng)度和海拔高度。不到1年時間，我遍訪了祖國大陸的各個北回歸線標(biāo)志：廣東汕頭、從化、封開，廣西桂平，云南西疇、墨江。2013年7月，我首次踏上臺灣大地，考察了嘉義和花蓮兩個北回歸線標(biāo)志。

本文就是我的學(xué)習(xí)、考察心得，特此記錄下來，與各位天文愛好者們共享，不當(dāng)之處，也請大家批評指正。

什么是北回歸線？

北回歸線是太陽直射北半球的最北緯線，也是地球熱帶和溫帶的分界線。北回歸線的數(shù)值稱為黃赤交角，即黃道與天赤道的交角。它是一條“漂移”的緯線，緯度數(shù)值每年不同。目前，北回歸線正在由北向南緩慢移動。影響它漂移的天文因素有歲差、章動和極移等。

一個完整的北回歸線南北移動周期約為37170年，半個周期約為18585年。根據(jù)推算，上一次北回歸線的極大值（最北）發(fā)生在公元前7283年前后，其緯度值為24°14′38″.67。下一次北回歸線的極小值（最南）發(fā)生在11301年前后，其緯度值為22°37′56″.04。北回歸線的平均值（中心位置）約為23°26′17″.35，發(fā)生在2008年8月21日前后。北回歸線的南北變化值約為1°36′42″.63，換成長度（南北距離）約為178.31千米。北回歸線全長（東西方向）約為36770千米，其中海洋長度約占63%，約23170千米；陸地長度約占37%，約13600千米。目前，北回歸線每年平均向南移動約為0.46845秒，即每年平均向南移動約14.41米。

超鏈接：

黃赤交角與北回歸線

黃赤交角的大小就是北回歸線的數(shù)值。那么，古代天文學(xué)家是如何觀察和計(jì)算黃赤交角呢？借助地平式日晷就可得出黃赤交角。方法是：找一條大約1米長的筆直的木棍，插在水平的地面上，木棍與地面垂直。定出正北方向。一日之中，中午太陽高度最大，日影最短。1年之中，夏至（6月21日前后）中午太陽高度全年最大，日影最短；冬至（12月22日前后）中午太陽高度全年最小，日影最長。從日影的長度可以求出太陽的高度，從全年太陽高度極大值減去極小值，這數(shù)字除2，就是黃赤交角的數(shù)值，就是北回歸線的緯度。今天的天文愛好者，也可重做這種有趣易行的天文觀測。

19世紀(jì)末，美國天文學(xué)家紐康（1835至1909年）首次提出了計(jì)算黃赤交角的公式，并把1900年的黃赤交角定為23°27′08″.26。紐康的這一提議，得到國際天文界的承認(rèn)。從1896年至1967年，世界各國的天文年歷，長達(dá)72年，都使用“紐康天文常數(shù)系統(tǒng)”。

根據(jù)有關(guān)天文年歷的資料顯示，20世紀(jì)，北回歸線數(shù)值的計(jì)算公式是：ε＝23°27′08″.26－0″.46845（t－1900），式中ε為當(dāng)年黃赤交角數(shù)值，即為當(dāng)年北回歸線的緯度值。23°27′08″.26為1900年黃赤交角的觀測值，即為1900年北回歸線的緯度值。t 為擬計(jì)算的年份。比如計(jì)算1980年黃赤交角值，將1980代入t，計(jì)算出來的數(shù)值約為23°26′30″.78。廣東從化北回歸線標(biāo)志的緯度值近似上述數(shù)值，因此，它的歷元時間為1980年。歷元時間是說當(dāng)年太陽直射當(dāng)?shù)氐谋被貧w線。

1976年，第16屆國際天文學(xué)聯(lián)合會上通過決議：決定將2000年的北回歸線位置定為23°26′21″.448。因此，21世紀(jì)，北回歸線數(shù)值的計(jì)算公式是：ε＝23°26′21″.448－0″.46845（t－2000），t 為擬計(jì)算的年份。比如計(jì)算2038年黃赤交角值，將2038年代入t，計(jì)算出來的數(shù)值約為23°26′03″.65。云南墨江北回歸線標(biāo)志的緯度值近似上述數(shù)值，因此，它的歷元時間為2038年。

北回歸線經(jīng)過哪些國家和地區(qū)？

放眼世界，北回歸線橫跨20個國家和地區(qū)。它們是（從非洲往東數(shù)）：西撒哈拉、毛里塔尼亞、馬里、阿爾及利亞、利比亞、尼日爾、乍得、埃及、沙特阿拉伯、阿拉伯聯(lián)合酋長國、阿曼、巴基斯坦、印度、孟加拉、緬甸、中國、美國、墨西哥、古巴和巴哈馬，其中北回歸線跨越巴基斯坦最南端的海域和跨越古巴最北端的海域。在非洲地區(qū)，由于受非洲西北部加那利海洋寒流的強(qiáng)烈影響，北回歸線附近氣候呈現(xiàn)“回歸沙漠帶”，雨量偏少，地貌為沙漠、草原，不是人類宜居的地方；在亞洲印度以東地區(qū)，北回歸線附近氣候呈現(xiàn)“回歸綠化帶”，雨量偏多，全年喬木、灌木郁郁蔥蔥，農(nóng)作物四季都可生長，是人類宜居的樂園。

在我國，北回歸線橫跨云南、廣西、廣東、福建和臺灣五省、區(qū)。其中北回歸線跨越福建最南端的海域。

我國北回歸線上的城鎮(zhèn)：在云南有臨滄、墨江、思茅、文山、西疇、富寧、個舊、元陽和開遠(yuǎn)等縣、市。在廣西有梧州、貴港、柳州、百色、桂平、合山、南寧和來賓等縣、市。在廣東有汕頭、潮州、惠州、從化、廣州、東莞、河源、清遠(yuǎn)、增城、花都、佛山、封開、四會、云浮、揭陽和肇慶等縣、市。在福建有詔安、云霄和東山等縣、市。在臺灣有臺南、嘉義和南投等縣、市。

我國的9個北回歸線標(biāo)志

臺灣花蓮豐濱北回歸線標(biāo)志

這是中國最東的北回歸線標(biāo)志，也是在中國同一個縣內(nèi)有第二座的北回歸線標(biāo)志。它位于花蓮縣豐濱鄉(xiāng)靜浦村，東面可遠(yuǎn)眺一望無際的太平洋。該標(biāo)志建于1987年，圓柱形、燈塔狀，一柱擎天，頗為壯觀。標(biāo)志全高約20米，頂部豎一個圓球。南、北方向可看到主體圓柱醒目的“北回歸線”字樣。圓柱東、西方向有縱向細(xì)長的空隙，空隙的方向就是北回歸線的走向。

臺灣花蓮瑞穗北回歸線標(biāo)志

它始建于1933年，位于花蓮縣瑞穗鄉(xiāng)，地處花蓮縣豐濱鄉(xiāng)北回歸線標(biāo)志的西面、臺灣嘉義北回歸線標(biāo)志的東面。該標(biāo)志呈方柱形，高約5.5米。1986年因擴(kuò)建鐵路，北回歸線標(biāo)志要拆遷，后來在不遠(yuǎn)處建立第二代北回歸線標(biāo)志。該標(biāo)志頂呈斜角狀，標(biāo)志東、西兩側(cè)標(biāo)有“北回歸線標(biāo)”字樣，上端有一根兩頭尖的方向箭，箭頭方向與緯線平行，指向北回歸線。標(biāo)志總高約9米，總體造型近似地平式日晷。

臺灣嘉義北回歸線標(biāo)志

它是世界上第一座北回歸線標(biāo)志，也是全球最北的北回歸線標(biāo)志。始建于1908年10月8日，緯度為北緯23°27′12″.38，歷元時間為1891年。由于受地震和臺風(fēng)的襲擊，標(biāo)志多次損毀，現(xiàn)在所見的為第六代北回歸線標(biāo)志。1997年，這里建成北回歸線公園。公園有太陽館，全高約25米，直徑約46米，形似太空船，可供公眾入內(nèi)參觀和游覽。公園還有北回歸線科普展覽，窺陽臺、太陽系及其行星和衛(wèi)星等模型。

廣東汕頭北回歸線標(biāo)志

這是中國大陸最東的北回歸線標(biāo)志，1986年6月22日（夏至）揭幕。標(biāo)志造型新穎，一改以往塔狀、碑形和火箭式等傳統(tǒng)。全高13.6米、底寬30米，支柱為兩個“北”字形的鋼筋水泥支柱，高8.6米，無論從哪個方向望去，均呈明顯的“北”字。支柱上托著一個直徑5米的地球儀，地球儀的中軸有一根直徑0.45米的空心不銹鋼管。每逢夏至正午12時15分左右，陽光穿過地球儀直徑5米的空心鋼管，可見一束日光垂直射向標(biāo)志地面。

廣東封開北回歸線標(biāo)志

這是中國大陸最早的北回歸線標(biāo)志，1984年6月21日（夏至）揭幕。它位于封開縣江口鎮(zhèn)濱江公園內(nèi)，珠江主航道西江河畔旁。標(biāo)志底座直徑12米，全高15米，似火箭形狀。標(biāo)志頂部為直徑0.621米的銅球，暗喻夏至（揭幕日）為6月21日。銅球中央有0.1米直徑的圓孔，直通地面，可檢驗(yàn)夏至太陽直射。

廣東從化北回歸線標(biāo)志

全高為30.35米，是全球最高的北回歸線標(biāo)志。標(biāo)志地面海拔約26米，也是全球海拔最低的北回歸線標(biāo)志。1986年6月21日揭幕。標(biāo)志由底座、碑身和頂球三部分組成。碑身高23.5米，暗喻北回歸線為23.5度。頂球?yàn)橹睆?.2米的空心銅球，由直徑0.2米的不銹鋼管支撐。銅球中心有0.1米直徑的圓孔，直通地面，可檢驗(yàn)夏至正午陽光直射地面。

廣西桂平北回歸線標(biāo)志

1997年6月21日（夏至）揭幕。它是廣西第一座北回歸線標(biāo)志，也是20世紀(jì)全球最后一座竣工的北回歸線標(biāo)志。該標(biāo)志揭幕，實(shí)現(xiàn)了北回歸線大地上的中國云南、廣西、廣東、臺灣四?。▍^(qū)）都有了北回歸線標(biāo)志的形象直觀的地理實(shí)體。該標(biāo)志由基座、地球模型和拱形支架組成。拱形支架是東、西走向，與北回歸線平行；其寬3米、高17.2米、跨度26米。地球模型建在拱形支架中心的最高處，是一個直徑6米、外形似地球儀的大圓球。球頂有直徑0.16米的空心不銹鋼管，指向天頂，垂直地面。標(biāo)志建成后，在基座中心直徑26米圓面的范圍內(nèi)，出現(xiàn)奇特回音的聲學(xué)現(xiàn)象。相距在10多米處講悄悄話，聲音響亮如在身旁。這是全球唯一一個出現(xiàn)有顯著回音的北回歸線標(biāo)志。2012年11月22日，廣西桂平國家地質(zhì)公園在桂平北回歸線公園揭幕，成為有特色的“一地兩園”，對科普教育和旅游觀光起到了積極的促進(jìn)作用。

云南西疇北回歸線標(biāo)志

這是全球海拔最高的北回歸線標(biāo)志，也是全球最南的北回歸線標(biāo)志。海拔高度約1482米，緯度為23°26′02″.92。1996年4月1日建成北回歸線公園。該標(biāo)志又名“回歸亭”，是一個直徑10米、高8米的半球體建筑，呈飛碟狀。據(jù)了解，該標(biāo)志在2011年因修路已拆除，現(xiàn)已不復(fù)存在。當(dāng)?shù)卣?jì)劃物色場地再建北回歸線標(biāo)志。

云南墨江北回歸線標(biāo)志。

這是中國最西的北回歸線標(biāo)志，所在處也是全球占地面積最大、功能最多的北回歸線公園。該標(biāo)志公園總面積1500平方米，由標(biāo)志碑和標(biāo)志館等組成。標(biāo)志碑為碑形長柱狀建筑。由碑座、碑柱和頂球組成，總高23.5米，暗喻北回歸線為23.5度。頂球中央有直徑0.2米的空心不銹鋼管，直通碑底地面。標(biāo)志館呈半球形，形似帶光環(huán)的土星，直徑23.5米。該標(biāo)志公園還建有天文臺、回歸之門、太陽之路、五行柱、夸父追日、日月交輝、日晷廣場和雙子星廣場等景觀，是集天文、地理、生物、旅游和科普教育等為一體的北回歸線公園。

據(jù)了解，我國廣西武鳴縣大明山和廣東汕頭南澳島也在著手興建北回歸線標(biāo)志，但目前還未竣工。由于上世紀(jì)興建的云南西疇北回歸線標(biāo)志已拆除，新的還未建立，因此目前我國共有8個實(shí)體的北回歸線標(biāo)志。

實(shí)地測量各地北回歸線標(biāo)志

我將實(shí)地測量的8個北回歸線標(biāo)志的數(shù)據(jù)列成表格（見右表），包括8個北回歸線標(biāo)志的經(jīng)度、緯度、海拔高度、夏至日太陽上中天時間、歷元時間和建成日期。其中緯度、經(jīng)度數(shù)值取到0.01秒，符合1998年海峽兩岸北回歸線學(xué)術(shù)交流會的決議（注：根據(jù)1998年海峽兩岸北回歸線學(xué)術(shù)交流會的會議紀(jì)要，北回歸線標(biāo)志建筑形態(tài)各異，有人稱碑、有人稱塔、有人稱亭，今后統(tǒng)一稱為“標(biāo)志”；有標(biāo)準(zhǔn)的興建歷元根據(jù)；要嚴(yán)格規(guī)范測量的精度，經(jīng)度、緯度須掌控在秒以下兩位數(shù)。）

測量的具體位置是北回歸線標(biāo)志的中心，即夏至太陽直射空心圓孔的地面。8個北回歸線標(biāo)志數(shù)據(jù)都用同一個GPS 測量，它的實(shí)測數(shù)據(jù)與其他不同商標(biāo)和類型的GPS對照，偏差小于±0.2角秒。我測量緯度、經(jīng)度的數(shù)據(jù)與現(xiàn)今桂平北回歸線標(biāo)志公布的數(shù)值相比，小于0.2角秒。

海拔高度是用同一個GPS測量，用氣壓表和高度計(jì)綜合分析。此GPS曾測量過澳門、香港、臺灣地區(qū)及越南、泰國、南非、新西蘭和澳大利亞等國家的海面，與實(shí)地海平面對照，其誤差值為±3米，有時甚至更大。因此，海拔高度的數(shù)據(jù)僅可作為參考，不能作為標(biāo)準(zhǔn)。

夏至日上中天時間是根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度和時差計(jì)算的，不同的年份，夏至日上中天的時間有幾秒至十幾秒的誤差。歷元時間是按照當(dāng)?shù)貙?shí)測緯度和當(dāng)年北回歸線理論數(shù)據(jù)計(jì)算的，其計(jì)算公式和計(jì)算方法本文上面已有提及。建成日期是實(shí)地考察和從有關(guān)資料得到的。

同樣是北回歸線標(biāo)志，海峽兩岸有何不同呢？最大不同的是，大陸北回歸線標(biāo)志的中心，都有垂直于地面的空心圓孔，可檢驗(yàn)夏至太陽直射。而臺灣的北回歸線標(biāo)志，卻沒有設(shè)置這種功能。嘉義北回歸線標(biāo)志，有人意識到有這缺漏，后來在近旁安裝了“窺陽臺”來填補(bǔ)這一缺陷。

中國8個北回歸線標(biāo)志的基本數(shù)據(jù)

未來北回歸線標(biāo)志應(yīng)具備“六要素”

目前，我國四?。▍^(qū)）共有8座北回歸線標(biāo)志，使無形的北回歸線變成看得見摸得著的客觀實(shí)體。它們形式多樣，造型別致，各具特色，對宣傳天文科學(xué)，普及地理知識起到了積極的作用。但也存在不足和薄弱之處。我認(rèn)為，未來建立北回歸線標(biāo)志，除了具有科學(xué)性、知識性、藝術(shù)性和趣味性外，也應(yīng)當(dāng)符合一定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，比如要具備以下的六個要素：

1. 地理緯度

測量北回歸線標(biāo)志緯度、經(jīng)度要準(zhǔn)確到0.01秒。但目前有些北回歸線標(biāo)志，其標(biāo)出緯度值與實(shí)際測量相差較大，有些誤差達(dá)到幾秒，如臺灣嘉義和廣東封開北回歸線標(biāo)志。緯度不準(zhǔn)，歷元時間就無法計(jì)算準(zhǔn)確。由于這些北回歸線標(biāo)志多數(shù)是上世紀(jì)90年代以前建立的，受到了時代的局限和儀器的限制。因此，當(dāng)今當(dāng)?shù)卣畱?yīng)組織有關(guān)部門，重新測量、鑒定和立碑。

2. 地理經(jīng)度

有的北回歸線標(biāo)志沒有標(biāo)出地理經(jīng)度，比如從化北回歸線標(biāo)志和封開北回歸線標(biāo)志都沒有標(biāo)出地理經(jīng)度，人們難以測算“夏至”何時日上中天、立竿無影。

3. 海拔高度

我國的北回歸線標(biāo)志，都沒有標(biāo)出海拔高度。海拔高度是重要的地理要素，是分析當(dāng)?shù)貧夂?、植被、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況等方面的重要參數(shù)之一，也是地理三要素之一。

4. 夏至日上中天時間

廣東汕頭、從化、廣西桂平和云南墨江的北回歸線標(biāo)志，都沒有標(biāo)明夏至日上中天的時間。夏至何時觀察最佳，眾人不知。封開北回歸線標(biāo)志雖然標(biāo)上夏至日上中天時間是北京時間12時34分，但沒有把“時差”（即真太陽時和手表所用的平太陽時之差，其極大值超過16分鐘）計(jì)算在內(nèi)。實(shí)際封開北回歸線標(biāo)志夏至日上中天時間是在12時35.7分前后，但碑文所刻提早了大約100秒，至今仍然沒有更正。

5. 夏至太陽直射當(dāng)?shù)乇被貧w線標(biāo)志的年份，也就是歷元，即標(biāo)志橫跨的是哪一年的北回歸線，以免與后人測出的北回歸線位置不符時造成尷尬。

原因前文已提到，北回歸線是一條“漂動”的緯線，每年的緯線值都不同。據(jù)觀察，目前臺灣、廣東和廣西的北回歸線標(biāo)志一年比一年遠(yuǎn)離現(xiàn)今真正的北回歸線，而云南墨江北回歸線標(biāo)志又一年比一年接近真正的北回歸線。多數(shù)北回歸線標(biāo)志都沒有標(biāo)出歷元時間，太陽何年分秒不差地直射當(dāng)?shù)乇被貧w線標(biāo)志，無人知曉。

6. 夏至應(yīng)有觀察太陽直射北回歸線的設(shè)施、儀器

為了使公眾在“夏至”能觀察到陽光直射北回歸線，我國大陸的北回歸線標(biāo)志都設(shè)有“窺陽孔”。但有的北回歸線標(biāo)志“窺陽孔”，只能容納幾人或十幾人觀看。夏至這天，觀看者多，人滿為患，容易出現(xiàn)不安全因素。北回歸線標(biāo)志全年僅觀測一天，對于天文地理科普宣傳來說，資源太浪費(fèi)了。建議各地的北回歸線標(biāo)志，不但要設(shè)置“窺陽孔”，而且要在附近建造地平式日晷和赤道式日晷等天文地理觀測儀器、設(shè)備，增加功能和用途，成為功能多樣的北回歸線科普公園。這樣，不但可以容納多人觀看，而且還可以全年365天觀察太陽的方位、高度、廿四節(jié)氣狀況、日上中天時間、全年時差的極大值和極小值等等。

目前我國各地北回歸線標(biāo)志，都沒有同時具備上述的“六要素”。21世紀(jì)的北回歸線標(biāo)志和北回歸線公園，要具備科學(xué)性、準(zhǔn)確性、藝術(shù)性和多樣性。要與時俱進(jìn)，以人為本，不斷改進(jìn)，完善提高。

（責(zé)任編輯 李鑒）