让我们从事实开始:图 1 中的表格显示了洛桑 2023 年 12 月下半月的日出和日落时间以及白天长度。毫不奇怪,白昼最短的一天出现在冬至(今年12月22日)。然而,在冬至之后,虽然白天的长度增加了,但太阳升起的时间仍然会变晚。因此,日落时间显然还会进一步推迟。但为什么会出现这种不对称现象呢?
要理解这一点,我们首先必须认识到太阳正午和中午 12 点之间的区别。太阳正午是太阳在天空中位置最高的时刻(即天顶)。但这并不一定对应于中午 12 点。因为我们生活在所谓的时区,这意味着,例如,圣地亚哥德孔波斯特拉(西班牙)与位于大致相同纬度的斯科普里(北马其顿)具有相同的法定时间。然而,后者位于东边约 2,500 公里处,这意味着太阳时发生了约 2 小时的偏移!这个比较容易理解,但是却无法解释为什么冬至之后太阳还是升得比较晚。事实上,某一特定地点的太阳正午和 12 点之间的差异全年并不是恒定的!要理解这一点,你必须学习一点天文学。
图1:2023年12月15日至31日洛桑的日出和日落时间以及白天长度
图 1:2023 年 12 月 15 日至 31 日洛桑的日出和日落时间以及白天长度。(来源:www.sunrise-and-sunset.com)
一天的定义(太阳日)
我们知道,地球每24小时自转一周,准确的说是23小时56分钟。但是,我们怎样解释一天的长度和地球自转长度之间这4分钟的差异呢?一个太阳日的定义是太阳第二天到达地球上某一点的同一方向所需的时间。就像地球绕其轴旋转一样,它也绕太阳旋转了一点点,因此它需要再旋转一点点才能找到相对于太阳的相同方向。
我们来看图2:在点(1)处,红色箭头指向太阳。地球自转一圈后(2),同一箭头不再直接指向太阳,因为地球在其轨道上稍微移动了一点。因此,地球必须再旋转一点,才能让箭头再次指向太阳(3),这大约需要 4 分钟。实际上,这个持续时间在 3 分 30 秒到 4 分 30 秒之间变化。这种变化有两个原因:1. 地球轨道是椭圆形;2. 地球自转轴不垂直于轨道(地球倾斜)。
图 2:图表显示地球旋转一圈后,同一点相对于太 埃及 WhatsApp 号码 阳的方向不再相同。地球仍然需要旋转一点点才能保持相同的方向。
图 2:图表显示地球旋转一圈后,同一点相对于太阳的方向不再相同。地球仍然需要旋转一点点才能保持相同的方向。 (来源:
地球的轨道是椭圆形
您可能知道,地球的轨道不是圆形而是椭圆形,太阳是焦点之一(开普勒第一定律)。如图 3 所示,地球在近日点(一月初)时距离太阳最近,在远日点(七月初)时距离太阳最 内容营销 远。这引出了开普勒第二定律:地球绕太阳运行的速度在近日点比在远日点更快。事实上,两个物体之间的引力与它们之间距离的平方成反比。我们可以 线数据库 直观地了解到地球靠近太阳时会加速。
这就是为什么在近日点时地球绕地轴旋转一圈时行进了更大的距离。因此,地球需要更长的时间才能回到相对于太阳的同一方向(从图 2 中的点 2 到 3)。这意味着,尽管白天越来越长,但当太阳接近近日点(一月初)时,升起的时间会变得更晚!
图 3:地球绕太阳运行轨道的定性图。为使视觉效果更清晰,椭圆被夸大了;实际上,地球和太阳之间的距离在近日点和远日点之间仅变化约 3%。