科普知识分享：日行迹与真假太阳日

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    如果你在每天同一时间为太阳拍一张照片，太阳的位置会保持不变吗? 答案是不会，太阳在一年当中所经过的轨迹形状就叫做日行迹(analemma)。

　　太阳位置的变动起因于当地球绕日运行时地球自转轴相对于绕日轨道平面是倾斜的。夏天时，太阳会出现在日行迹的至高点，到了冬天，太阳就降到日行迹的最低点。而在不同纬度上制造出的日行迹会呈现些微的差异，每天不同时段制作出的日行迹也不一样。

　　此外，这种倾斜还会造成一年中每天的日长并不相等：春分、秋分前后的日长较短；而冬至夏至前后的日长较长。再者，由于地球轨道为椭圆，也会造成日长的变化。这就使得一年当中太阳有东西向的循环移动。注意！这里不是指每天太阳的东升西落，而是说每天同一时刻太阳在天空的位置有东西向的变化。遗憾的是，这种现象却是容易被人忽视的。

　　这几种因素叠加在一起，就产生了“8”字形的日行迹。

　　在不同纬度上拍摄的日行迹照片会有差异；不同时刻拍摄的日行迹照片也不一样。

　　左图照片是从1998 年8月到1999 年8月，花了整整一年的时间于乌克兰拍摄而成，前景照则是于1999 年7月的傍晚在同一位置拍摄的。

    我以前看过这样的照片,这是把照像机固定在一个地方,在每天的12时(区时)拍摄的太阳位置图叠加在一起得到的.其中太阳最高和最低分别是两至日,而中午太阳偏离正南方就是所谓"视太阳"与"平太阳"的差异了,即由于地球公转速度不同引起的.中央10套讲过，是每天向着一个高山的方向观测太阳，是古印第安人祭祀的一个仪式，有人拍照就成了这样的图片，图片时符合太阳回归运动规律的想一想，实际情况与我们中学讲的一样吗？一天真的是24小时吗？每天都是24小时吗？真的是冬至日日出最晚吗？北纬40度正午太阳一定在正南吗？以上看似正确的问题都是错误的！因为公转速度在一年回归年内会时快时慢，太阳日与公转速度相关，公转快——太阳日长，公转慢——太阳日短，24小时只不过是平太阳日，真太阳日可能每天不同，因此……也就是说，哪个漂亮的图形不是为了好看照的，而是一种实际情况。如果用太阳高度类计算纬度也要在真正的12点测量太阳高度，因此一些地图上就有这个“8”字，并且上面有日期。好像说好的日晷表示正午的时刻也是“8”字形的。

昼夜交替周期，俗称一日。即太阳中心连续两次经过同一子午线的时间间隔，平均长度为24小时。一个太阳日期间，地球平均自转了360°59′，其中59′是地球公转造成的。太阳日有真太阳日和平太阳日之分。真太阳日 真太阳日又叫视太阳日，其长度是由观测得来的，也叫实测太阳日。这种太阳日具有明显的季节性变化，是长短不等的。其原因有：地球公转速度不等太阳日所以不同于地球自转周期，是由于它不但同地球自转有关，而且还同地球公转有关，一日之长是地球自转和公转两种运动的复合反映。由于地球公转轨道呈椭圆形，所以日地距离不断变化着。在近日点，地球公转速度最大，每日达61′，所以冬至前后真太阳日长；在远日点，地球公转速度最小，每日运行57′，所以夏至日前后真太阳日最短，两者长短相差±8秒。黄赤交角存在 太阳在黄道上运行，而时间的流逝——一日之长是在天赤道上度量的。由于黄道和赤道斜交，故有黄赤交角存在。这样一来，即使地球公转是匀速的，每日太阳黄经差都是59′，而由它所造成的赤经差也是不等的。这是因为，每日太阳赤经差是每日太阳黄经差在天赤道上的投影，其长度也随季节而变化。即由于黄赤交角存在，而使真太阳日在二分前后变短，在二至前后变长，长短相差±21秒。可见，它是导致真太阳日长短不等的主要因素。由于近日点、远日点、中日点都在二至点和二分点之后大约十日多，所以秋分较春分距日远些。因此，秋分比春分的真太阳日更短些。这样，关于真太阳日的季节变化就可得出这样结论：一年之中，真太阳日冬至前后最长、秋分前后最短，即“冬至长、秋分短”的结论。两者长短相差达51秒。这是地球公转速度不等和黄赤交角存在两个因素同时发生作用的结果，而主要因素是后者。平太阳日平太阳日是真太阳日的全年平均值。因为在一年之中真太阳日有长短变化，影响计量时间单位长短的客观标准，所以取一个回归年的365.2422个长短不等的真太阳日的平均值，作为一日之长，叫做平太阳日。平太阳上中天的时刻为正午12时，称为平午，而平太阳下中天的时刻为夜半0时，称为平子夜。平太阳日的长度相对稳定，没有季节变化。一个平太阳日分为24平太阳时，一个平太阳时分为60平太阳分，一个平太阳分分为60平太阳秒。由于地球自转速度不稳定，有长期变慢现象，所以平太阳日、平太阳时、平太阳分和平太阳秒，都在不断变化着。因此，平太阳秒于1967年被原子秒所取代。原子秒的长度稳定，计时精确。但有了原子计时，也不是置太阳计时（世界时）于不顾，而是把原子时和世界时两者协调起来，设置“闰秒”制度，从而产生了协调世界时。