圖片：地球軌道與北半球四季變化(圖片引自維基共享資源)
地球繞行太陽的軌道(Earth's orbit)曾經讓古代希臘人相當困惑，例如海芭夏、托勒密等人都曾因此而有所困惑。因為古代希臘人習慣於完美的圓形，因此也曾設想地球和天空的星體乃至於星球的軌道都是完美的圓形。這也讓行星的運轉不管怎樣計算都有著難以解決的誤差問題。直到克卜勒的行星三大定律出爐之後才真正以橢圓形來解決星球軌道的問題。現今的地球軌道半徑約為149,597,870公里，環繞一周所需時間為365日6小時9分鐘10秒，這也是天文單位中的一恆星年。但其實地球繞行太陽既不是真正的圓形軌道，環繞一周所需時間也並非定值。
圖片：二十四節氣(圖片引自維基共享資源)
古代中國人以陰曆(農曆、月亮曆)和陽曆(太陽曆)作為雙軌運用。二十四節氣攸關農作物生長的實用管理，陰曆的節日反而比較偏向民間習俗。古人以土圭實測日晷，將每年日影最長的一天定為『日至』(又稱日長至，即太極圖中四象的太陰、長至、冬至)，日影最短為『日短至』（又稱短至、夏至）。在春秋兩季各有一日的晝夜時間長度相等，此即為『春分』和『秋分』，夏至、冬至、春分、秋分這四個點其實各自是地球運行至太陽的一個位置。再由此四點去細分出其餘的各點。秦漢時期， 二十四節氣已完全確立。『二十四節氣』的名稱大約首見於《淮南子·天文訓》。而到了公元前104年，由鄧平等制定的《太初曆》，則正式將二十四節氣訂於曆法，規範了二十四節氣的天文定義。二十四節氣的命名反映了地球繞行太陽一整年的季節與氣候的變化情形。其中，立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至，又稱為八位，是公轉運動對於地球季節與氣候影響最重要的八個節點。其餘的雨水、驚蟄、清明、穀雨、小滿、芒種、小暑、大暑、處暑、白露、寒露、霜降、小雪、大雪、小寒、大寒等十六個節點則可反映四季當中更細微的氣候變化。
圖片：地球軌道示意圖，這張圖標明至點、分點、近日點與遠日點(圖片引自維基共享資源)
在地球的公轉軌道當中，雖然夏至位在遠日點附近，而冬至位在近日點附近，但其實兩者距離真正的至點仍然是有一定程度的差距的。夏至大約位在每年的6/21、6/22附近，遠日點則大致落在每年的7/3附近；冬至大約是每年的12/21，而遠日點則大約是在每年的1/2或1/3附近。這些日期不會變異太大，但每年仍有一些差異。造成四季主要的溫度差別是由於地球自轉軸傾斜23.5度，並導致軌道運行位置太陽直射的角度不同，接收的太陽總能量有所差別，才造成了溫度的變化。例如春分和秋分，太陽直射赤道，照射在北半球與南半球的面積一樣大。因此在春分與秋分附近的時期，形成南北半球較為合宜的春秋兩季溫度。夏至時，太陽直射北回歸線 ，北半球太陽照射的面積比南半球來得大，此一時期也對應盛夏的時節。冬至時，太陽直射南回歸線，南半球太陽照射的面積比北半球來得大，總體所接受的熱量也比北半球多；這時是南半球的盛夏，而北半球則是隆冬時期。另一方面，地球繞行太陽的軌道位置也會影響太陽在天空中仰角與方位的變化情形。以台灣北回歸線以北的地區來說，一年當中，夏至正午時分，太陽仰角最高；冬至正午時分，太陽仰角則最低。春分和秋分則太陽在天空的移動軌跡則位處夏至和冬至之間。
圖片：本圖依北緯25度畫出太陽出沒，仰角(高度)及方位圖，圖中天北極的仰角即觀測者所在地的緯度。當太陽由地平升起後，太陽的方位角與仰角隨時間而改變(圖片及圖片敘述引自中央氣象局網頁 https://www.cwb.gov.tw/V7/astronomy/cdata/calpdf/season.pdf )。
其中地球軌道每年仍然會有一些細微的變率，無論是公轉軌道的變率(例如橢圓度)、地軸傾角與地軸進動(precession，這是自轉物體的自轉軸又繞著另一軸旋轉的現象，又被稱為旋進。在陀螺的運動上便可以看到，在天文學當中則可造成歲差現象)的變率，這些輕微的變化，足以影響到太陽輻射在地球表面上的分布，雖然對地球的年平均接受輻射量影響不大，但對地區性與季節性的輻射量則可能產生較大的影響。上述這些變化的集合，則可構成米蘭科維奇循環(Milankovitch cycles)，這是影響地球氣候變化極為重要的天然原因，也是地球產生冰河期與間冰期的重要成因，並可造成大河流域與沙漠的變遷。米蘭科維奇循環也是和太陽輻射量改變、火山爆發、板塊運動等因子，是作為影響氣候變化並駕齊驅的天然成因。
圖片：圍繞太陽運行的行星隨著歲差而逐漸改變橢圓形的軌道。這張圖的橢圓偏心率以及進動速度是被誇大以便於可視化。太陽系中的大多數軌道具有小得多的偏心率，使行星軌道大多近乎是圓形的(但不是圓形)(圖片及圖片敘述翻譯轉載自維基共享資源)。米蘭科維奇將歲差的觀念連結到冰河期與間冰期的產生。
發現米蘭科維奇循環(Milankovitch cycles)這一現象的米蘭科維奇(Milutin Milankovic)是塞爾維亞的古氣候學家，不過以繁複的數學計算研究氣候算是他的興趣，而他的本領域則是土木工程。他出生在十九世紀末，在1896年到1914年之間，米蘭科維奇從學生到教授，以他優異的能力而展露頭角，但後來卻因為引爆第一次世界大戰的塞拉耶佛槍擊事件，米蘭科維奇無辜受到牽連而入獄，他對當時科學界剛剛發現地球上曾出現的多次冰河期感到相當有興趣，因此在獄中主要都在思索這方面的問題，並於1920年代完成了《太陽輻射造成的熱現象數學理論》一書，這本書中將地球軌道的變動如何影響冰河期與間冰期，做了非常細膩並且幾乎是劃時代的詮釋，不過當時整個地球科學正處在一個從傳統面臨蛻變的關鍵年代，就連約莫同一時期由韋格納(Alfred Lothar Wegener)所在1912年所提出的大陸漂移說都還正在遭受地質學界嚴厲的批判與否定，米蘭科維奇在古氣候方面超前的思維自然也不被當代所重視。隨著1960年代海洋擴張學說的出現以及1968年勒皮雄(Xavier Le Pichon)所提倡的板塊構造論之後，人們對於地球科學以及地球物理的認知開始有了極大的轉變。也才更加能夠理解米蘭科維奇所構思以宏觀的行星軌道詮釋氣候變遷的觀點。此後有關米蘭科維奇循環的研究也越來越多，包括從古地質環境中調查冰河期變化的證據，或是由理論模式推估古代冰河期的變化等等。像是1999年，Paul E. Olsen和Dennis V. Kent曾研究北美東部晚三疊世和早侏羅世的長期米蘭科維奇循環所對早中生代時期尺度校準與行星長期行為的影響，研究團隊發現北美東部的紐瓦克裂谷盆地(Newark rift basin)的湖泊沉積地層(lacustrine strata)顯示出這一時期受到行星天文週期性力量所引致的熱帶氣候。在Peter Huybers與William Curry於2006年的研究當中則發現，千禧年和更長時期的溫度變化可和米蘭科維奇週期建立關聯性。
冰河時期，由於全球氣溫下降，也會進一步造成冰原與冰川的面積擴大，並促使海平面大幅下降，從而造成陸橋的產生，影響生物的遷徙甚至是演化的進程(例如距今前180萬－前1萬年前的更新世時期，白令陸橋便連接現今美國阿拉斯加西岸與俄羅斯西伯利亞東岸之間，導致大量的動物往返於亞洲和美洲之間，並促成新一波的生物演化事件發生。台灣海峽也曾在冰河時期變成陸橋連接台灣與中國大陸，並促使動物的遷徙和入駐)。末次最大冰期時，冰原覆蓋地球面積曾幾乎達到8%（佔陸地面積約25%），此後當間冰期氣候回暖時，冰原便融化縮小，海平面也跟著上升，現今冰原覆蓋地球面積約為3%(佔陸地面積約10%)。連結地球軌道與冰河時期、間冰期關係的米蘭科維奇循環雖然已有近百年的研究歷程，但科學界對這一循環仍存在很多未知的部分，這一部份是屬於地球天然的氣候變遷，而唯有未來更為了解天然氣候變遷的脈絡，也才能更好掌握人為的氣候變遷因子。這也是為何很多行星科學家仍然在從事這方面基礎研究的原因。
相關參考資料與延伸閱讀：
1.監獄中的遠古氣候: 天才的米蘭科維奇
https://read01.com/Mz7POO.html#.W5aq17hKZTE
2.末次最大冰期以來臺灣海陸變遷
https://www.natgeomedia.com/news/external/44459
3.米蘭科維奇循環對氣候變化的影響
https://www.junyiacademy.org/many-great-teachers/dr-go/dr-go-high-school-earth-science/v/4315Gsj_MAc
4.冰河時期ice age ─台灣海洋生態資訊學習網
http://study.nmmba.gov.tw/Modules/Knowledge/KnowledgeShow.aspx?ItemID=187&TabID=37
5.Milutin Milankovitch - NASA Earth Observatory
https://earthobservatory.nasa.gov/Features/Milankovitch
6.Long-period Milankovitch cycles from the Late Triassic and Early Jurassic of eastern North America and their implications for the calibration of the Early Mesozoic time–scale and the long–term behaviour of the planets http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/357/1757/1761.short
7.Links between annual, Milankovitch and continuum temperature variability
https://www.nature.com/articles/nature04745
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