接续上文，如何拍太阳8字轨迹？

说起来比较省心，就是找台相机（现在估计都是用数码了吧），配一个广角镜头，对准天空的某块太阳会经过的区域。挑个时间，比如上午10点吧，太阳进入镜头区域了，就咔嚓拍一张。
然后保持相机的角度和机身高矮不变，每天上午10点拍一张，坚持一年。把所有的照片都叠加起来，就能得到一张8字轨迹的照片了。

重要注意事项：
1、相机镜头直接对着太阳是极危险的事儿，镜头相当于一个凸透镜。如果你小时候玩过用放大镜聚焦阳光烧焦木头片的游戏，又不想现在烧坏相机的传感器，那就一定得做好减光的工作：
如果是早晚去拍，阳光还算柔和，用个中灰滤镜应该够
如果中午下午拍，中灰镜可能就不够给力而需要专业一点的巴德膜了。
2、从照片本身的美观度来看，最好是带上个漂亮的地景，这样看起来更美观一些。而且，估计很少有人能把相机戳在拍摄地点放一年，所以拍摄地景也有助于作为今后照片对齐的参照
3、太阳不但可能烧坏传感器，还会产生炫光而没法拍出清晰的边界。比如这张：
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如此大区域的高光肯定影响最后的叠加效果。而滤光片能降低阳光的亮度，却会导致拍不清楚地景。怎么办？

我估计，拍摄者可能是这样：
（1）选好拍摄地点，调整相机高度和仰角
（2）取下滤光片，用手挡住阳光不要射入镜头，对地面景区进行选择，调整画面四边的取景特征
（3）戴上滤光片，拍摄太阳，以后每次重复前三步
（4）每天都去拍，可能太阳的位置点会过于密集，所以可以间隔得时间长一些，比如每周拍一次、每10天拍一次等，但反正都是要在同一时间点去拍。
（5）当太阳转到别的位置时，拍一张全面的地景，作为以后叠加的基础。这可能导致地景的影子方向和太阳的方向有夹角。以我前面贴过的照片为例，注意它们的阴影方向和太阳方向之间的差异：
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这种叠加效果到底算不算造假，留待摄影专家们去讨论和界定吧，我才不care这事儿。我只对它的原理感兴趣。

这样的8字线，太阳位置高低差异很容易理解：在第二帖中我介绍过黄赤交角，对于同一地点，太阳在冬天和夏天的高度不同。
古人对这一点也有很明确的认识，他们发明了赤道式日晷来计时，就是模拟了一个小小的地球。
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（图为故宫的赤道式日晷，来自网络）

这种日晷的原理是：晷针指向北天极（可以粗略地理解为指向北极星，其实略差一点儿），晷盘与晷针垂直，也就是与赤道面平行。
每年的春分到秋分，太阳的直射点在赤道以北，反应到这样的日晷上就是晷针的影子落在晷盘的上面儿，得从上面儿的刻度盘读数；
从秋分到次年的春分，太阳的直射点在赤道以南，晷针的影子落在晷盘的下面，就从下面的刻度盘读数。

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太阳位置的左右间距又是怎么回事？
这意味着：当手表从今天的某一时间点到明天的同一时间点，地球自转的角度有时候要多一些，有时候得少一些。
如图：以此图的中线来看，m 点还需要一段时间才能走到中线对应的位置；而 n 点则已经过中线了：
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（图片来自于网络）

这牵涉到我们如何定义一天：古人定义一天的方式很直观，就是太阳两次上中天的时间间隔。
这听起来似乎也没什么问题，而且当人们知道太阳的东升西落是地球自转导致的之后，一天的时长就等于地球自转一圈360度的间隔了……但是且慢！这个认识是粗略的，其中存在很大的问题！

我们看看地球围绕太阳公转的示意图：如果在夏天，我们从太阳上升到头顶的时刻开始，把地球自转360度定为1天。那么到了冬天，转过了N个360度之后，头顶的标记怎么变成对准了夜晚的星空了？

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再看看局部的示意图：地球在自转的同时还在绕着弧线公转，当它转过360度，太阳还没走到头顶呢，还得再转一小会儿才能到头顶。（如图所示，转过360度时只用了23小时56分零4秒，再转3分56秒才能对准太阳）

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（图片来自于网络）

就这样：我们以太阳两次上中天为一天的间隔，地球的自转是超过360度的。
天文学上，把地球相对于太阳的自转一圈，称为“太阳日”，而相对于遥远恒星的自转一圈，称为“恒星日”。

这两者之间的差异导致：如果每天晚上外出看星星，会发现它们到达空中某个位置，比前一天提前约4分钟。
（这些恒星太远了，射来光线的角度不会因地球公转所偏移的量而发生变化。）

比如，今天晚上看天狼星8点钟从地平线上升起，明天晚上就会是7点56分；
一个月之后就提前了两小时，傍晚6点钟升起；
半年后它将提前12个小时，也就是早上8点升出地平线。但这时候太阳也升起了，而且耀眼的阳光遮蔽了天狼星的光芒，你就看不到它；
再过半年，也就是一年之后，它每天提前的4分钟累加起来，一共提前了24小时左右，就又回到了晚8点升起的节奏。

以前微博上传过一个段子：
女儿信里说：爸，你总以为给我讲解星座时我不用心听。但前几天晚上我和个普通朋友散步，把北斗七星和猎户座指给他看了，你一定很开心吧？
父亲回信：的确开心。前天夜里我和你妈散步也看到北斗七星。但并没有看见猎户座，因为每年这个时候猎户座到凌晨一点才出现。你那个“普通朋友”是谁？
——这位老爸确实是天文达人，仅凭一句话就发觉女儿夜晚在外面的时间不正常。原理就是这个“每天提前4分钟”。

我们也能根据这句话推断出故事发生的季节：
以北京地区为例，9月中旬，猎户座会在凌晨一点钟升上地平线，应该是在秋季开学后不久……（不过，这里还牵涉到“恒显圈”的问题，这回就不说了）
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接下来看看地球的公转对“一天”的影响：
1、地球的公转轨道是个椭圆，而太阳不在正中心，所以有远地点和近地点的差别，如图：
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（图片来自于《日晷的实作》邱纪良著 插图）

图中位置3为近日点，从1到3为地球靠近近日点的过程：
在位置1，正对着太阳的某地标为暗绿色；到达位置2时，暗绿色的点位已经转过360度（一个恒星日），但还没有正对太阳，它需要再转到黄色点位时才能正对太阳（一个太阳日）；同理，到达位置3时，要转到品红色点位才能正对太阳。
可以看出，从2到3的太阳日所需要多转的角度，大于从1到2的多转的角度。也就是说，当地球奔向近日点时，每天的间隔逐渐加大
3到5为离开近日点的过程，同理我们可以看到从4到5所需多转的角度，少于从3到4所需的角度。也即，地球离开近日点后，每天的间隔逐渐缩短

反之，地球奔向远日点时，每一天间隔逐渐缩短；离开远日点后，每一天间隔逐渐加长。

2、黄赤交角的太阳运动分量（这个系列里，第三次提到黄赤交角了）
从地球上看，太阳每天沿着黄道行进约1度，而且与赤道相交。
在春分和秋分点，太阳斜插过赤道，其运动方向可以分为两个方向的分支，一是与经度平行，这个对它两次上中天没有什么贡献；另一个分量是与经度垂直；
而在冬至和夏至时，太阳的运动就几乎全贡献在垂直于经度的方向。
于是，在靠近春分秋分时，地球自转所需“多转”的角度小，间隔日趋减短；离开两分点后，间隔日趋加长；
而靠近冬至夏至点时，间隔日趋加长；离开两至点后，间隔日趋减短。

还有些其他细节，这些因素叠加的综合效果导致一年里以“太阳两次上中天的间隔为一天”的变化相当复杂。
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（图片来自网络）

这给授时带来很大不便。所以，现在的授时方法给所有差距取个平均值，使得“一天”成为一个约定的时长，固定地=24小时=1440分钟=86400秒，这样它就不再具有精确的天文意义。

天文学上把这种取了平均值的一天，称为“平太阳日”，而把之前提到的那种每天都不一样的太阳日，称为“真太阳日”。
日常所用的手表，反映的就是以平太阳日为基础的走时，称为“平太阳时”。它与真太阳日之间的时差每天都不同。这就是造成8字轨迹中东西拉开间距的原因。

综上所述：
因黄赤交角导致的太阳高度角的不同，拉开南北差距；
因平太阳时和真太阳时之间的时差，拉开了东西差距，
最终导致我们能看到那些美丽的图片。

对本系列做个回顾吧：
1、用机械钟指向太阳寻找方向，其方法的原理是什么？
2、这种方法的局限性是什么？
在我国，它只粗略适用于东部地区，对于其他地方：
有经度方面的时区误差，可能误差几小时；
也有纬度方面的太阳直射点误差，可能南北方向大对调；
还有平太阳时和真太阳时的误差，最大可达十几分钟。
3、我们日常所用的时间，只是出于简化和沟通的需要而进行的约定。它与天文现象的联系不像古人那样紧密——古人是以真太阳时为计时依据的。

话说有些理论，号称时辰的差异，会导致日月星辰的排布或者升降发生变化，从而对人的终身特性或者行事成败造成绝对影响。
这是真的吗？有时候时辰或星座就会整个换成新的了，这种剧变可是只差几分钟呐。
如果真有那么大的影响力，那为了避免搞错，我们可以本着精益求精的态度追问一下：他所说的这个时间，是时区时还是地方时？是恒星时还是太阳时？是真太阳时还是平太阳时？怎么得到其所说的这个时间的精确值？能有多精确呢？

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补充1：上海交大有的一座赤道式日晷，它在晷盘上增加了校正曲线，使得日晷即可以直接测量真太阳时；又可根据校正曲线算出平太阳时（图片来自网络）。
http://www.saystories.com/wp-content/uploads/2014/01/62193725-300x225.jpg

补充2：在别的行星上看太阳会是什么情况？
比如金星，它是由东向西自转的，太阳日短于恒星日；又比如火星，它的公转轨道偏心率是最大的；还有天王星，它是躺在轨道上自转的，其黄赤交角达到90度，它们的太阳轨迹会如何？我得拿软件模拟一下效果图，如果能做出来，以后再出个补记。

补充3：欢迎关注我的微信公众号：myAstro
http://www.saystories.com/wp-content/uploads/2014/01/myastro-300x300.jpg