地轴倾角
dì zhóu qīng jiǎo
地轴倾角是行星自转轴与其轨道垂线之间的夹角；地球的地轴倾角为23.5度，这正是季节产生的原因。
Definition
地轴倾角是指行星的自转轴相对于垂直方向倾斜了多少，而不是笔直竖立；地球的自转轴倾斜了 $23.5$ 度，这正是我们拥有四季的原因。严格地说，地轴倾角，也叫黄赤交角，是行星自转轴与垂直于其轨道平面的直线之间的夹角。由于自转轴在太空中始终指向同一方向，每个半球都会在一年中的一半时间里更靠近太阳，另一半时间里则更远离太阳，这改变了阳光照射地面的角度以及白昼的时长。在纬度 $\phi$ 处，正午太阳高度在一年之中的变化范围是 $90^\circ - \phi + 23.5^\circ$ 到 $90^\circ - \phi - 23.5^\circ$，每平方米获得的能量则按该高度角的正弦值变化；地轴倾角也决定了南北回归线的位置在 $\pm 23.5^\circ$，南北极圈的位置则在 $\pm 66.5^\circ$。地球的黄赤交角以约 $41{,}000$ 年为周期，在约 $22.1^\circ$ 到 $24.5^\circ$ 之间摆动，这是驱动冰期节律的米兰科维奇循环之一；其他行星的地轴倾角差异很大：火星约为 $25^\circ$，木星约为 $3^\circ$，天王星则高达 $98^\circ$。
Example
六月时，地球北半球朝向太阳倾斜，所以北卡罗来纳州会迎来漫长而炎热的白天；到了十二月，北半球则背离太阳，白天变短，天气也变冷。夏至正午，太阳会直射北纬 $23.5^\circ$（北回归线）；冬至正午，太阳则直射南纬 $23.5^\circ$（南回归线）；这两条纬线正是因地轴倾斜而存在的。在夏洛特（北纬 $35^\circ$），夏至正午的太阳高度可达 $90 - 35 + 23.5 = 78.5^\circ$，而冬至正午的太阳高度却只有 $90 - 35 - 23.5 = 31.5^\circ$。以 $31.5^\circ$ 高度角照射的阳光，其覆盖的地面面积约是以 $78.5^\circ$ 高度角照射时的 $1.9$ 倍。
Key Insight
季节的变化并不是因为地球离太阳更近或更远造成的：事实上，地球在一月初离太阳最近，而那时正是我们的冬天。南北两个半球的季节永远相反，所以当夏洛特是夏天时，澳大利亚正是冬天，因为在任何时刻，都只能有一个半球朝向太阳倾斜。地球到太阳的距离在一年之中只变化约 $3\%$，这只会使接收到的阳光强度变化约 $7\%$。而地轴倾角却能使中纬度地区正午的太阳辐射强度相差将近一倍，还能使白昼长度相差一倍，所以地轴倾斜的影响完全压倒了距离变化的影响。