海峡两岸的北回归线标志

□ 广东天文学会 李建基

海峡两岸的北回归线标志

□ 广东天文学会 李建基

写在前面的话：

笔者是广州人，是北回归线的土壤及其阳光雨露哺育我成长，使我对北回归线的文化和历史有着深厚的感情。从小爱好天文地理的我，为了探讨北回归线文化和北回归线标志的奥秘，于2005年携带GPS（全球定位系统）、相机、气压表、高度计和指南针等，计划走遍祖国大地的北回归线标志，并测量其地理三要素：纬度、经度和海拔高度。不到1年时间，我遍访了祖国大陆的各个北回归线标志：广东汕头、从化、封开，广西桂平，云南西畴、墨江。2013年7月，我首次踏上台湾大地，考察了嘉义和花莲两个北回归线标志。

本文就是我的学习、考察心得，特此记录下来，与各位天文爱好者们共享，不当之处，也请大家批评指正。

什么是北回归线？

北回归线是太阳直射北半球的最北纬线，也是地球热带和温带的分界线。北回归线的数值称为黄赤交角，即黄道与天赤道的交角。它是一条“漂移”的纬线，纬度数值每年不同。目前，北回归线正在由北向南缓慢移动。影响它漂移的天文因素有岁差、章动和极移等。

一个完整的北回归线南北移动周期约为37170年，半个周期约为18585年。根据推算，上一次北回归线的极大值（最北）发生在公元前7283年前后，其纬度值为24°14′38″.67。下一次北回归线的极小值（最南）发生在11301年前后，其纬度值为22°37′56″.04。北回归线的平均值（中心位置）约为23°26′17″.35，发生在2008年8月21日前后。北回归线的南北变化值约为1°36′42″.63，换成长度（南北距离）约为178.31千米。北回归线全长（东西方向）约为36770千米，其中海洋长度约占63%，约23170千米；陆地长度约占37%，约13600千米。目前，北回归线每年平均向南移动约为0.46845秒，即每年平均向南移动约14.41米。

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黄赤交角与北回归线

黄赤交角的大小就是北回归线的数值。那么，古代天文学家是如何观察和计算黄赤交角呢？借助地平式日晷就可得出黄赤交角。方法是：找一条大约1米长的笔直的木棍，插在水平的地面上，木棍与地面垂直。定出正北方向。一日之中，中午太阳高度最大，日影最短。1年之中，夏至（6月21日前后）中午太阳高度全年最大，日影最短；冬至（12月22日前后）中午太阳高度全年最小，日影最长。从日影的长度可以求出太阳的高度，从全年太阳高度极大值减去极小值，这数字除2，就是黄赤交角的数值，就是北回归线的纬度。今天的天文爱好者，也可重做这种有趣易行的天文观测。

19世纪末，美国天文学家纽康（1835至1909年）首次提出了计算黄赤交角的公式，并把1900年的黄赤交角定为23°27′08″.26。纽康的这一提议，得到国际天文界的承认。从1896年至1967年，世界各国的天文年历，长达72年，都使用“纽康天文常数系统”。

根据有关天文年历的资料显示，20世纪，北回归线数值的计算公式是：ε＝23°27′08″.26－0″.46845（t－1900），式中ε为当年黄赤交角数值，即为当年北回归线的纬度值。23°27′08″.26为1900年黄赤交角的观测值，即为1900年北回归线的纬度值。t 为拟计算的年份。比如计算1980年黄赤交角值，将1980代入t，计算出来的数值约为23°26′30″.78。广东从化北回归线标志的纬度值近似上述数值，因此，它的历元时间为1980年。历元时间是说当年太阳直射当地的北回归线。

1976年，第16届国际天文学联合会上通过决议：决定将2000年的北回归线位置定为23°26′21″.448。因此，21世纪，北回归线数值的计算公式是：ε＝23°26′21″.448－0″.46845（t－2000），t 为拟计算的年份。比如计算2038年黄赤交角值，将2038年代入t，计算出来的数值约为23°26′03″.65。云南墨江北回归线标志的纬度值近似上述数值，因此，它的历元时间为2038年。

北回归线经过哪些国家和地区？

放眼世界，北回归线横跨20个国家和地区。它们是（从非洲往东数）：西撒哈拉、毛里塔尼亚、马里、阿尔及利亚、利比亚、尼日尔、乍得、埃及、沙特阿拉伯、阿拉伯联合酋长国、阿曼、巴基斯坦、印度、孟加拉、缅甸、中国、美国、墨西哥、古巴和巴哈马，其中北回归线跨越巴基斯坦最南端的海域和跨越古巴最北端的海域。在非洲地区，由于受非洲西北部加那利海洋寒流的强烈影响，北回归线附近气候呈现“回归沙漠带”，雨量偏少，地貌为沙漠、草原，不是人类宜居的地方；在亚洲印度以东地区，北回归线附近气候呈现“回归绿化带”，雨量偏多，全年乔木、灌木郁郁葱葱，农作物四季都可生长，是人类宜居的乐园。

在我国，北回归线横跨云南、广西、广东、福建和台湾五省、区。其中北回归线跨越福建最南端的海域。

我国北回归线上的城镇：在云南有临沧、墨江、思茅、文山、西畴、富宁、个旧、元阳和开远等县、市。在广西有梧州、贵港、柳州、百色、桂平、合山、南宁和来宾等县、市。在广东有汕头、潮州、惠州、从化、广州、东莞、河源、清远、增城、花都、佛山、封开、四会、云浮、揭阳和肇庆等县、市。在福建有诏安、云霄和东山等县、市。在台湾有台南、嘉义和南投等县、市。

我国的9个北回归线标志

台湾花莲丰滨北回归线标志

这是中国最东的北回归线标志，也是在中国同一个县内有第二座的北回归线标志。它位于花莲县丰滨乡静浦村，东面可远眺一望无际的太平洋。该标志建于1987年，圆柱形、灯塔状，一柱擎天，颇为壮观。标志全高约20米，顶部竖一个圆球。南、北方向可看到主体圆柱醒目的“北回归线”字样。圆柱东、西方向有纵向细长的空隙，空隙的方向就是北回归线的走向。

台湾花莲瑞穗北回归线标志

它始建于1933年，位于花莲县瑞穗乡，地处花莲县丰滨乡北回归线标志的西面、台湾嘉义北回归线标志的东面。该标志呈方柱形，高约5.5米。1986年因扩建铁路，北回归线标志要拆迁，后来在不远处建立第二代北回归线标志。该标志顶呈斜角状，标志东、西两侧标有“北回归线标”字样，上端有一根两头尖的方向箭，箭头方向与纬线平行，指向北回归线。标志总高约9米，总体造型近似地平式日晷。

台湾嘉义北回归线标志

它是世界上第一座北回归线标志，也是全球最北的北回归线标志。始建于1908年10月8日，纬度为北纬23°27′12″.38，历元时间为1891年。由于受地震和台风的袭击，标志多次损毁，现在所见的为第六代北回归线标志。1997年，这里建成北回归线公园。公园有太阳馆，全高约25米，直径约46米，形似太空船，可供公众入内参观和游览。公园还有北回归线科普展览，窥阳台、太阳系及其行星和卫星等模型。

广东汕头北回归线标志

这是中国大陆最东的北回归线标志，1986年6月22日（夏至）揭幕。标志造型新颖，一改以往塔状、碑形和火箭式等传统。全高13.6米、底宽30米，支柱为两个“北”字形的钢筋水泥支柱，高8.6米，无论从哪个方向望去，均呈明显的“北”字。支柱上托着一个直径5米的地球仪，地球仪的中轴有一根直径0.45米的空心不锈钢管。每逢夏至正午12时15分左右，阳光穿过地球仪直径5米的空心钢管，可见一束日光垂直射向标志地面。

广东封开北回归线标志

这是中国大陆最早的北回归线标志，1984年6月21日（夏至）揭幕。它位于封开县江口镇滨江公园内，珠江主航道西江河畔旁。标志底座直径12米，全高15米，似火箭形状。标志顶部为直径0.621米的铜球，暗喻夏至（揭幕日）为6月21日。铜球中央有0.1米直径的圆孔，直通地面，可检验夏至太阳直射。

广东从化北回归线标志

全高为30.35米，是全球最高的北回归线标志。标志地面海拔约26米，也是全球海拔最低的北回归线标志。1986年6月21日揭幕。标志由底座、碑身和顶球三部分组成。碑身高23.5米，暗喻北回归线为23.5度。顶球为直径1.2米的空心铜球，由直径0.2米的不锈钢管支撑。铜球中心有0.1米直径的圆孔，直通地面，可检验夏至正午阳光直射地面。

广西桂平北回归线标志

1997年6月21日（夏至）揭幕。它是广西第一座北回归线标志，也是20世纪全球最后一座竣工的北回归线标志。该标志揭幕，实现了北回归线大地上的中国云南、广西、广东、台湾四省（区）都有了北回归线标志的形象直观的地理实体。该标志由基座、地球模型和拱形支架组成。拱形支架是东、西走向，与北回归线平行；其宽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处，是一个直径6米、外形似地球仪的大圆球。球顶有直径0.16米的空心不锈钢管，指向天顶，垂直地面。标志建成后，在基座中心直径26米圆面的范围内，出现奇特回音的声学现象。相距在10多米处讲悄悄话，声音响亮如在身旁。这是全球唯一一个出现有显著回音的北回归线标志。2012年11月22日，广西桂平国家地质公园在桂平北回归线公园揭幕，成为有特色的“一地两园”，对科普教育和旅游观光起到了积极的促进作用。

云南西畴北回归线标志

这是全球海拔最高的北回归线标志，也是全球最南的北回归线标志。海拔高度约1482米，纬度为23°26′02″.92。1996年4月1日建成北回归线公园。该标志又名“回归亭”，是一个直径10米、高8米的半球体建筑，呈飞碟状。据了解，该标志在2011年因修路已拆除，现已不复存在。当地政府计划物色场地再建北回归线标志。

云南墨江北回归线标志。

这是中国最西的北回归线标志，所在处也是全球占地面积最大、功能最多的北回归线公园。该标志公园总面积1500平方米，由标志碑和标志馆等组成。标志碑为碑形长柱状建筑。由碑座、碑柱和顶球组成，总高23.5米，暗喻北回归线为23.5度。顶球中央有直径0.2米的空心不锈钢管，直通碑底地面。标志馆呈半球形，形似带光环的土星，直径23.5米。该标志公园还建有天文台、回归之门、太阳之路、五行柱、夸父追日、日月交辉、日晷广场和双子星广场等景观，是集天文、地理、生物、旅游和科普教育等为一体的北回归线公园。

据了解，我国广西武鸣县大明山和广东汕头南澳岛也在着手兴建北回归线标志，但目前还未竣工。由于上世纪兴建的云南西畴北回归线标志已拆除，新的还未建立，因此目前我国共有8个实体的北回归线标志。

实地测量各地北回归线标志

我将实地测量的8个北回归线标志的数据列成表格（见右表），包括8个北回归线标志的经度、纬度、海拔高度、夏至日太阳上中天时间、历元时间和建成日期。其中纬度、经度数值取到0.01秒，符合1998年海峡两岸北回归线学术交流会的决议（注：根据1998年海峡两岸北回归线学术交流会的会议纪要，北回归线标志建筑形态各异，有人称碑、有人称塔、有人称亭，今后统一称为“标志”；有标准的兴建历元根据；要严格规范测量的精度，经度、纬度须掌控在秒以下两位数。）

测量的具体位置是北回归线标志的中心，即夏至太阳直射空心圆孔的地面。8个北回归线标志数据都用同一个GPS 测量，它的实测数据与其他不同商标和类型的GPS对照，偏差小于±0.2角秒。我测量纬度、经度的数据与现今桂平北回归线标志公布的数值相比，小于0.2角秒。

海拔高度是用同一个GPS测量，用气压表和高度计综合分析。此GPS曾测量过澳门、香港、台湾地区及越南、泰国、南非、新西兰和澳大利亚等国家的海面，与实地海平面对照，其误差值为±3米，有时甚至更大。因此，海拔高度的数据仅可作为参考，不能作为标准。

夏至日上中天时间是根据当地的经度和时差计算的，不同的年份，夏至日上中天的时间有几秒至十几秒的误差。历元时间是按照当地实测纬度和当年北回归线理论数据计算的，其计算公式和计算方法本文上面已有提及。建成日期是实地考察和从有关资料得到的。

同样是北回归线标志，海峡两岸有何不同呢？最大不同的是，大陆北回归线标志的中心，都有垂直于地面的空心圆孔，可检验夏至太阳直射。而台湾的北回归线标志，却没有设置这种功能。嘉义北回归线标志，有人意识到有这缺漏，后来在近旁安装了“窥阳台”来填补这一缺陷。

中国8个北回归线标志的基本数据

未来北回归线标志应具备“六要素”

目前，我国四省（区）共有8座北回归线标志，使无形的北回归线变成看得见摸得着的客观实体。它们形式多样，造型别致，各具特色，对宣传天文科学，普及地理知识起到了积极的作用。但也存在不足和薄弱之处。我认为，未来建立北回归线标志，除了具有科学性、知识性、艺术性和趣味性外，也应当符合一定的规范和标准，比如要具备以下的六个要素：

1. 地理纬度

测量北回归线标志纬度、经度要准确到0.01秒。但目前有些北回归线标志，其标出纬度值与实际测量相差较大，有些误差达到几秒，如台湾嘉义和广东封开北回归线标志。纬度不准，历元时间就无法计算准确。由于这些北回归线标志多数是上世纪90年代以前建立的，受到了时代的局限和仪器的限制。因此，当今当地政府应组织有关部门，重新测量、鉴定和立碑。

2. 地理经度

有的北回归线标志没有标出地理经度，比如从化北回归线标志和封开北回归线标志都没有标出地理经度，人们难以测算“夏至”何时日上中天、立竿无影。

3. 海拔高度

我国的北回归线标志，都没有标出海拔高度。海拔高度是重要的地理要素，是分析当地气候、植被、林业、生态环境和农业生产状况等方面的重要参数之一，也是地理三要素之一。

4. 夏至日上中天时间

广东汕头、从化、广西桂平和云南墨江的北回归线标志，都没有标明夏至日上中天的时间。夏至何时观察最佳，众人不知。封开北回归线标志虽然标上夏至日上中天时间是北京时间12时34分，但没有把“时差”（即真太阳时和手表所用的平太阳时之差，其极大值超过16分钟）计算在内。实际封开北回归线标志夏至日上中天时间是在12时35.7分前后，但碑文所刻提早了大约100秒，至今仍然没有更正。

5. 夏至太阳直射当地北回归线标志的年份，也就是历元，即标志横跨的是哪一年的北回归线，以免与后人测出的北回归线位置不符时造成尴尬。

原因前文已提到，北回归线是一条“漂动”的纬线，每年的纬线值都不同。据观察，目前台湾、广东和广西的北回归线标志一年比一年远离现今真正的北回归线，而云南墨江北回归线标志又一年比一年接近真正的北回归线。多数北回归线标志都没有标出历元时间，太阳何年分秒不差地直射当地北回归线标志，无人知晓。

6. 夏至应有观察太阳直射北回归线的设施、仪器

为了使公众在“夏至”能观察到阳光直射北回归线，我国大陆的北回归线标志都设有“窥阳孔”。但有的北回归线标志“窥阳孔”，只能容纳几人或十几人观看。夏至这天，观看者多，人满为患，容易出现不安全因素。北回归线标志全年仅观测一天，对于天文地理科普宣传来说，资源太浪费了。建议各地的北回归线标志，不但要设置“窥阳孔”，而且要在附近建造地平式日晷和赤道式日晷等天文地理观测仪器、设备，增加功能和用途，成为功能多样的北回归线科普公园。这样，不但可以容纳多人观看，而且还可以全年365天观察太阳的方位、高度、廿四节气状况、日上中天时间、全年时差的极大值和极小值等等。

目前我国各地北回归线标志，都没有同时具备上述的“六要素”。21世纪的北回归线标志和北回归线公园，要具备科学性、准确性、艺术性和多样性。要与时俱进，以人为本，不断改进，完善提高。

（责任编辑 李鉴）