1.1　地球与天球

1.1.1　地球的自转和公转

我们都知道，地球之所以有昼夜更替、季节轮回，就在于地球的自转和公转。摄影师之所以能通过长时间曝光拍摄到如图1-1所示的斗转星移的星轨照片，正是由于地球永不停息地自转产生的与太空中无数恒星相对运动而留下的“星流迹”。作为一名摄影师，我们没有必要去纠结地球为什么会自转和公转，但了解相关的天文现象还是对摄影有所裨益的。

图1-1　地球自转产生的斗转星移

地球好比一个陀螺，它绕着自转轴不停地旋转，每转一周就是一天。自转产生了昼夜交替的现象，朝向太阳的一面是昼半球（白天），背向太阳的一面是夜半球（夜晚），如图1-2（左）所示。地球绕其自转轴自西向东转动，故我们看到日月星辰从东方升起并在西方落下，无论你身处南半球还是北半球都是一样的；朝北极点上空看星空呈逆时针方向旋转，朝南极点上空看星空呈顺时针方向旋转。

图1-2　地球的自转和公转

地球的自转轴在北半球和南半球与地面的交叉点就是我们通常所说的北极（点）和南极（点）。地球中间的“腰带”为赤道，也是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆周线，它把地球分为北半球和南半球。

如果以恒星作为测量基准，地球自转一周的时间是23h 56min 4s（恒星时）；如果以太阳为测量基准，地球自转一周的时间是24h（太阳时，即我们日常使用的时间）。恒星时之所以与太阳时差约4min，是因为地球在自转时同时公转，自转一周用时23h 56min 4s，而公转转动了约0.98°用时3min 56s，自转加上公转用的时间共24h，这也是一天24小时的依据。

地球环绕太阳的运动之所以称为“公转”，是因为同地球一起环绕太阳的还有太阳系中的其他天体，太阳是它们共有的中心天体，故称为“公转”。从地球的角度看，地球绕太阳公转的轨道，也就是太阳在天球上运行的轨迹称为“黄道”。公转周期为一个恒星年，需时365d 6h 9min 10s（365.2564d）。地球公转方向为逆时针，与自转方向相同，如图1-3所示。

图1-3　地球自转轴倾角示意图

由于地球自转轴与黄道平面有约66°34′的倾角（天文学用其余角23°26′表示），所以在地球绕太阳公转的一年中，有时地球的北半球倾向太阳，有时南半球倾向太阳，如图1-2（右）所示。根据我国二十四节气的划分，在春分时太阳直射赤道，到了夏至，太阳直射地球最北的界限——北回归线（23°26′N）；到了秋分，再度直射赤道，到了冬至，则直射地球最南的界限——南回归线（23°26′S）。因此，以地球来看，太阳在天球上运行的轨迹会随着季节的改变而向南或向北偏移，在夏至的时候达到最北，在冬至的时候则达到最南。由此产生了昼夜长短的变化、四季的交替、五带（热带、南北温带和南北寒带）的区分。