初稿: 2018年10月 最近一次重大修訂: 2019年4月
從地球上看,太陽相對于恒星的位置不斷向東移動,一年行一周。太陽在天球上的運動軌跡是 一個大圓,稱為黃道,黃道其實是地球公轉軌道投射在天球上的大圓。在古代, 太陽在黃道上的位置是用圭表測量正午時日影的長度而定。這里正午是指太陽位于正南方 位的時刻(假設觀測站位于北回歸線以北)。正午日影最長的一日稱為冬至。從冬至到下一個冬至的時間稱為一「歲」, 而從農歷正月初一到下一年正月初一的時間稱為一「年」。現在除了提及年齡外, 很少會用歲說時間,而年則一般指公歷的一年。
從冬至起,可將黃道等分二十四段,二十四段的邊界有二十四點。二十四節氣就是太陽 通過這二十四點的時刻。我們知道太陽在天球上的視運動是因為地球繞太陽公轉的 緣故。如下圖所示,可以設想二十四節氣是地球通過其公轉軌道二十四個點的時刻。 地球的自轉軸并不與其公轉軌道垂直,這就是季節的成因,也是正午時日影長度變化 的原因。
用現代天文學的術語來說,二十四節氣是太陽的地心視黃經λs 是15°的整數倍的時刻。下表列出二十四節氣的名稱、太陽的地心視黃經和公歷的近似日期。
節氣 | 太陽地心視黃經 | 近似公歷日期 |
---|---|---|
立春 | 315° | 2月4日 |
雨水 | 330° | 2月19日 |
驚蟄 | 345° | 3月6日 |
春分 | 0° | 3月21日 |
清明 | 15° | 4月5日 |
谷雨 | 30° | 4月20日 |
立夏 | 45° | 5月6日 |
小滿 | 60° | 5月21日 |
芒種 | 75° | 6月6日 |
夏至 | 90° | 6月22日 |
小暑 | 105° | 7月7日 |
大暑 | 120° | 7月23日 |
立秋 | 135° | 8月8日 |
處暑 | 150° | 8月23日 |
白露 | 165° | 9月8日 |
秋分 | 180° | 9月23日 |
寒露 | 195° | 10月8日 |
霜降 | 210° | 10月23日 |
立冬 | 225° | 11月7日 |
小雪 | 240° | 11月22日 |
大雪 | 255° | 12月7日 |
冬至 | 270° | 12月22日 |
小寒 | 285° | 1月6日 |
大寒 | 300° | 1月20日 |
為了方便記憶二十四節氣,有人把二十四節氣順序每節氣各取一字編成以下歌 訣:
春雨驚春清谷天
夏滿芒夏暑相連
秋暑露秋寒霜降
冬雪雪冬小大寒
二十四節氣根據太陽在黃道的位置而定,屬陽歷。公歷也是陽歷,所以節氣的公歷日 期每年只有一兩日變動。以往的日歷一般列出二十四節氣的農歷日期,所以不少人 以為二十四節氣屬于陰歷或陰陽歷,其實不然。鑒于二十四節氣的公歷日期基本不變,有人把上面二十四節氣歌訣加上以下三句:
最多相差一兩天
上半年來六廿一
下半年來八廿三
上半年是指公歷1月到6月,下半年指公歷7月到12月。六、廿一、八、廿三也是指公歷的日期。
由立春算起,單數的節氣稱為「節氣」,簡稱「節」(即 立春、驚蟄、清明、立夏、芒種、小暑、立秋、白露、寒露、立冬、大雪、小寒),雙數的節氣稱為「中氣」,簡 稱「氣」(即 雨水、春分、谷雨、小滿、夏至、大暑、處暑、秋分、霜降、小雪、冬至、大寒)。中氣在農歷中有重要作用,農歷是陰陽歷,既考慮月亮盈虧變化也顧及 季節交替。為使農歷月份不偏離季節交替的周期,農歷每三年左右要設一個閏 月,閏月的安插是由中氣決定,詳情可參閱農歷編算法則網頁。
最早的完整二十四節氣名稱見于漢初的《淮南子?天文訓》,名稱和次序和今天的完全一樣。《漢書?律歷志》也記有二十四節氣,但是頭六個節氣次序與《淮南子?天文訓》稍有不同:驚蟄在雨水之前、谷雨在清明之前,即立春、驚蟄、雨水、春分、谷雨、清明……。本網站的二十四節氣順序一律依照《淮南子?天文訓》。
上述二十四節氣以太陽走到黃道二十四個定點的時刻來定義,稱為「定氣」。順治二年(1645年)歷法改革前,二十四節氣的計算是把回歸年平分二十四段,每一段時刻就是一個節氣時刻,用這種方法來定義的二十四節氣稱為「平氣」。
根據平氣法,兩中氣相隔的時間是回歸年的十二分之一,即30.44日。農歷規定每月初一必定發生在朔日。所以即使有一個中氣(用平氣法來定)發生在初一零時,下一個中氣也要在三十日后,農歷一個月最多只能有三十日,所以下一個中氣必然發生在下一個月,由此可推出一個月最多只能含有一個中氣。順治歷改前的農歷月序由中氣決定:含雨水的月份定為正月、含春分的月份定為二月、含谷雨的月份定為三月等等。如果有農歷月不含中氣,該月就定為閏月。這置閏法則就是著名的「無中氣置閏法」。
順治歷改后,二十四節氣用定氣來定義,這使上述月序和無中氣置閏法則失效,因為一個月有可能含兩個中氣,而一歲內可能有一個以上的無中氣月。由定氣法所定義的二十四節氣時間間隔并不相等,這是由于地球公轉軌道是橢圓的,當地球接近太陽時運行比較快,兩節氣的時間間隔也比較短,當地球離太陽遠時運行比較慢,兩節氣的時間間隔也比較長。兩中氣的時間間隔最短是29.44日,最長是31.44日。由于有兩中氣的時間間隔短于三十日,一個月有可能出現兩個中氣。順治歷改后,農歷月的數序及置閏法則由一套較為復雜的法則來定,詳情可參閱本網站的農歷法則網頁。不過,一個月內含兩個中氣的情況很罕見,一百年只會出現兩三次。所以在大多數的情況下,含雨水的月份是正月、含春分的月份是二月、含谷雨的月份是三月等等。
平氣的二十四節氣時刻計算很簡單,只要知道某一節氣的時刻,其他節氣的時刻只須加上(回歸年時間/24)的整數倍。然而中國歷代歷法修改頻繁,每次改歷都會修改節氣時刻以符合當時的觀測數據,而且各歷法采用的歲實(即回歸年)都稍有不同。中國歷代的平氣時刻或可用分段線性函數表示。