□ 廣東天文學會 李建基

海峽兩岸的北回歸線標志

□ 廣東天文學會 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志的奧秘，于2005年攜帶GPS（全球定位系統(tǒng)）、相機、氣壓表、高度計和指南針等，計劃走遍祖國大地的北回歸線標志，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志。

本文就是我的學習、考察心得，特此記錄下來，與各位天文愛好者們共享，不當之處，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，古代天文學家是如何觀察和計算黃赤交角呢？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世紀末，美國天文學家紐康（1835至1909年）首次提出了計算黃赤交角的公式，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。從1896年至1967年，世界各國的天文年歷，長達72年，都使用“紐康天文常數(shù)系統(tǒng)”。

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

1976年，第16屆國際天文學聯(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，北回歸線數(shù)值的計算公式是：ε＝23°26′21″.448－0″.46845（t－2000），t 為擬計算的年份。比如計算2038年黃赤交角值，將2038年代入t，計算出來的數(shù)值約為23°26′03″.65。云南墨江北回歸線標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、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個北回歸線標志

臺灣花蓮豐濱北回歸線標志

這是中國最東的北回歸線標志，也是在中國同一個縣內(nèi)有第二座的北回歸線標志。它位于花蓮縣豐濱鄉(xiāng)靜浦村，東面可遠眺一望無際的太平洋。該標志建于1987年，圓柱形、燈塔狀，一柱擎天，頗為壯觀。標志全高約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)北回歸線標志的西面、臺灣嘉義北回歸線標志的東面。該標志呈方柱形，高約5.5米。1986年因擴建鐵路，北回歸線標志要拆遷，后來在不遠處建立第二代北回歸線標志。該標志頂呈斜角狀，標志東、西兩側標有“北回歸線標”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志

它是世界上第一座北回歸線標志，也是全球最北的北回歸線標志。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。由于受地震和臺風的襲擊，標志多次損毀，現(xiàn)在所見的為第六代北回歸線標志。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志

這是中國大陸最東的北回歸線標志，1986年6月22日（夏至）揭幕。標志造型新穎，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志地面。

廣東封開北回歸線標志

這是中國大陸最早的北回歸線標志，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。標志底座直徑12米，全高15米，似火箭形狀。標志頂部為直徑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，可檢驗夏至太陽直射。

廣東從化北回歸線標志

全高為30.35米，是全球最高的北回歸線標志。標志地面海拔約26米，也是全球海拔最低的北回歸線標志。1986年6月21日揭幕。標志由底座、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。頂球為直徑1.2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，可檢驗夏至正午陽光直射地面。

廣西桂平北回歸線標志

1997年6月21日（夏至）揭幕。它是廣西第一座北回歸線標志，也是20世紀全球最后一座竣工的北回歸線標志。該標志揭幕，實現(xiàn)了北回歸線大地上的中國云南、廣西、廣東、臺灣四?。▍^(qū)）都有了北回歸線標志的形象直觀的地理實體。該標志由基座、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作用。

云南西疇北回歸線標志

這是全球海拔最高的北回歸線標志，也是全球最南的北回歸線標志。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，該標志在2011年因修路已拆除，現(xiàn)已不復存在。當?shù)卣媱澪锷珗龅卦俳ū被貧w線標志。

云南墨江北回歸線標志。

這是中國最西的北回歸線標志，所在處也是全球占地面積最大、功能最多的北回歸線公園。該標志公園總面積1500平方米，由標志碑和標志館等組成。標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。標志館呈半球形，形似帶光環(huán)的土星，直徑23.5米。該標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志，但目前還未竣工。由于上世紀興建的云南西疇北回歸線標志已拆除，新的還未建立，因此目前我國共有8個實體的北回歸線標志。

實地測量各地北回歸線標志

我將實地測量的8個北回歸線標志的數(shù)據(jù)列成表格（見右表），包括8個北回歸線標志的經(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術交流會的決議（注：根據(jù)1998年海峽兩岸北回歸線學術交流會的會議紀要，北回歸線標志建筑形態(tài)各異，有人稱碑、有人稱塔、有人稱亭，今后統(tǒng)一稱為“標志”；有標準的興建歷元根據(jù)；要嚴格規(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個北回歸線標志數(shù)據(jù)都用同一個GPS 測量，它的實測數(shù)據(jù)與其他不同商標和類型的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，不能作為標準。

夏至日上中天時間是根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)度和時差計算的，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?shù)貙崪y緯度和當年北回歸線理論數(shù)據(jù)計算的，其計算公式和計算方法本文上面已有提及。建成日期是實地考察和從有關資料得到的。

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

中國8個北回歸線標志的基本數(shù)據(jù)

未來北回歸線標志應具備“六要素”

目前，我國四省（區(qū)）共有8座北回歸線標志，使無形的北回歸線變成看得見摸得著的客觀實體。它們形式多樣，造型別致，各具特色，對宣傳天文科學，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。我認為，未來建立北回歸線標志，除了具有科學性、知識性、藝術性和趣味性外，也應當符合一定的規(guī)范和標準，比如要具備以下的六個要素：

1. 地理緯度

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

2. 地理經(jīng)度

有的北回歸線標志沒有標出地理經(jīng)度，比如從化北回歸線標志和封開北回歸線標志都沒有標出地理經(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

我國的北回歸線標志，都沒有標出海拔高度。海拔高度是重要的地理要素，是分析當?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志，都沒有標明夏至日上中天的時間。夏至何時觀察最佳，眾人不知。封開北回歸線標志雖然標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）計算在內(nèi)。實際封開北回歸線標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?shù)乇被貧w線標志的年份，也就是歷元，即標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志一年比一年遠離現(xiàn)今真正的北回歸線，而云南墨江北回歸線標志又一年比一年接近真正的北回歸線。多數(shù)北回歸線標志都沒有標出歷元時間，太陽何年分秒不差地直射當?shù)乇被貧w線標志，無人知曉。

6. 夏至應有觀察太陽直射北回歸線的設施、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志都設有“窺陽孔”。但有的北回歸線標志“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，資源太浪費了。建議各地的北回歸線標志，不但要設置“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志，都沒有同時具備上述的“六要素”。21世紀的北回歸線標志和北回歸線公園，要具備科學性、準確性、藝術性和多樣性。要與時俱進，以人為本，不斷改進，完善提高。

（責任編輯 李鑒）