在儒略歷中每隔四年在2月份就會多出一天，也就是2月29日，這一天也被稱為閏日，而這一年就是閏年。有關(guān)閏日的歷史起源和說法都非常有趣，但之所以會有閏日，是因為地日系統(tǒng)的物理機制。
地球自轉(zhuǎn)一周并不是24小時
地球在繞軸旋轉(zhuǎn)的同時也繞著太陽公轉(zhuǎn)。地球的自轉(zhuǎn)導致了日出、日落、月出、月落、科里奧利效應(yīng)（我們常說的南半球順時針漩渦和北半球逆時針漩渦）以及夜空中所有星星繞兩極旋轉(zhuǎn)。另一方面，公轉(zhuǎn)決定了地球季節(jié)的變化，例如：當你所處的半球遠離太陽時，就是寒風刺骨的冬天，白天時間最短；當你所處的半球朝向太陽時，就是夏天，白天時間最長。
而且我們還知道，由于地球的自轉(zhuǎn)，一天是24小時，而公轉(zhuǎn)一年是365天（閏年是366天）。那么多出來的這一天到底是怎么來的？其實地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)要比我們想象的復雜得多。
上圖可以看到地球自轉(zhuǎn)一周不需用24小時，更精確地說是23小時56分4.09秒，地球就能從起始點轉(zhuǎn)一圈然后回到起始點，但是由于地球在繞日軌道上的公轉(zhuǎn)，每天會挪小于1°的位置，為了時第二天的同一時間太陽還出現(xiàn)在我們頭頂，地球就需要多自轉(zhuǎn)額外的角度，因此將24小時定為一天的時間。
如果我們堅持使用23:56:04.09這個數(shù)字作為我們的一整天，也沒啥大事！就是太陽不會準時的出現(xiàn)在天空中的同一位置，假如今天的太陽在12點準時到了頭頂，那么明天的太陽到頭頂就會推遲3分56秒，如此下去誤差會持續(xù)累積，總有一天你看時間的時候，明明應(yīng)該是晚上了，但太陽還在天空，依然是白天！為了修正地球繞太陽的公轉(zhuǎn)，我們需要額外的3分56秒來正確定位太陽，讓太陽準時出現(xiàn)在天空的同一位置。這就是一天24小時的來歷，但是一年呢？
天文年和回歸年之間的區(qū)別
我們認為的一年是地球繞太陽公轉(zhuǎn)一圈的時間，從起始點再回到起始點，這在天文學上確實是地球完成了一次公轉(zhuǎn)，我們稱為恒星年或者天文年，但是我們要記住，這不是地球上一年的定義。而是地球在公轉(zhuǎn)軌道上今年的春分點到來年的春分點所經(jīng)歷的時間，我們稱為一年，采用的是回歸年或者稱為太陽年，這是啥意思呢？
我們在地球上會根據(jù)季節(jié)來標記日歷，也就是說從冬至點到來年的冬至點就是一年！在我們北半球的冬至點，地球的北極會最大限度地遠離太陽，而太陽此時正在直射南回歸線，然后太陽慢慢的向赤道方向移動，等直射赤道的時候，就是我們北半球的春分點，然后太陽一路北上，等直射北回歸線的時候就是我們北半球的夏至點，接著太陽又會回到赤道，預(yù)示著北半球到了秋分點，等太陽再次直射南回歸線的時候，我們北半球又進入了冬至點，這就是一年！這種測量年份的方法，就是回歸年。
而回歸年比天文方法測量的年份也就是地球公轉(zhuǎn)一周的時間要短一點。為什么會這樣呢？
地軸的進動導致了回歸年比天文年短了約20分鐘
因為地球的地軸在持續(xù)緩慢的進動，地軸發(fā)生變化，那么黃道面也會發(fā)生變化，黃道面的變化地球在軌道上的春分點也會發(fā)生變化，事實上地球只需繞太陽公轉(zhuǎn)不到360度就能完整度過一個回歸年。差別很小，一個回歸年是359.986度而不是360度，但這足以使回歸年相對于恒星年（天文年）縮短20分鐘。這種差異也被稱為歲差。地軸進動一周的時間為26000年，因此我們認為的北極星也在發(fā)生改變。
為什么會有閏日，格里高利歷對閏日的規(guī)定
將這三種效應(yīng)自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和歲差結(jié)合起來，我們計算出的回歸年的平均長度為365.242193天，如果我們每年有365天，那么每個世紀我們就會少24天將近一個月。如果每隔四年放一個閏年（多一天）會讓我們更接近真實的回歸年，那么平均一年就有365.25天，還是多出了那么一點點。這種羅馬儒略歷的方式，我們使用了1600年之久！
盡管如此，這種微小的差異還是會累積，到了1582年，我們已經(jīng)多放加了10天。由于這個原因，1582年的10月5日到10月14日這10天在意大利、波蘭、西班牙和葡萄牙從未存在過，其他國家也跳過了10天。
1582年3月1日，羅馬教皇格里高利頒發(fā)了改歷命令，內(nèi)容是：
一、1582年10月4日后的一天是10月15日，而不是10月5日，但星期序號仍然連續(xù)計算：10月4日是星期四，第二天10月15日是星期五。這樣，就把從公元325年以來積累的老賬一筆勾銷了。
二、為避免以后再發(fā)生春分飄離的現(xiàn)象，改閏年方法為： 凡公元年數(shù)能被4整除的是閏年，但當公元年數(shù)后邊是帶兩個“0”的“世紀年”時，必須能被400整除的年才是閏年。
所以2000年是閏年，1900年不是，2100年也不會是，2400年就是閏年。
格里高利歷（公歷）的采用給我們帶來了一年365.2425天的日歷。與平均回歸年365.242193天的實際數(shù)字相比，我們需要3200多年才能誤差一天，這種歷法已經(jīng)相當準確了。
但是如果我們從長遠來考慮，還會出現(xiàn)一個問題，即地球的自轉(zhuǎn)速度正在改變，在時間足夠長，我們對“一天”的定義將會發(fā)生改變！現(xiàn)在我們知道有兩件事可以改變地球的自轉(zhuǎn)速度。
地球自轉(zhuǎn)的減速，未來我們將不再需要閏日
每次地球發(fā)生地震的時候，地球內(nèi)部的質(zhì)量都會重新排列，趨向于更加緊密的狀態(tài)，通過角動量守恒，這意味著地球的自轉(zhuǎn)速度會加快一點。另一方面，在太陽系有兩個天體對地球有著巨大的引力效應(yīng)！
太陽和月球都對地球施加引力，而地球本身在自轉(zhuǎn)。如果地球只是空間中的一個質(zhì)點，這就無關(guān)緊要了；地球會繞著太陽做橢圓軌道，月球會繞著地球這個質(zhì)心公轉(zhuǎn)，什么也不會改變。但是地球是一個球體，太陽和月亮對離它們較近的地球一側(cè)施加的引力比離它們較遠的那一側(cè)要大。
除了會產(chǎn)生潮汐以外，由于地球在自轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生一種潮汐制動效應(yīng)，也就是潮汐摩擦，這將導致地球的自轉(zhuǎn)速度減慢！這種減速雖小，但相當穩(wěn)定，平均每年14微秒，比地震造成的加速效應(yīng)要大得多。隨著地質(zhì)年代的推移，這種變化也會持續(xù)累積！通過在土壤中留下的潮汐節(jié)律，我們就可以計算出地球自轉(zhuǎn)周期的變化。
6.2億年前的地球，我們發(fā)現(xiàn)當時的一天不到22個小時！如果我們把這種潮汐摩擦效應(yīng)推回到地球最初形成的時期，45億年前，我們會發(fā)現(xiàn)那時的一天只有23,000秒或六個半小時！
地球在持續(xù)減速！在18個月左右的時間里，我們會在時鐘上增加了1個閏秒。等到大約400萬年左右，一天就會延長56秒，這足以讓我們不再需要閏年；一年正好有365個地球日！
這就是閏日、閏年的來歷，讓地球的季節(jié)每一年在同一時期保持不變，但我們地球無時無刻都在發(fā)生著變化，無論多么微小，我們以后也將不在需要潤日，也不再需要2月29號。
