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太阳从哪个方向升起?

(2014-03-23 01:15:02)
标签:

科普

天文

分类: 天文
我刚学摄影那阵儿比较沉迷,整天拿着相机东拍西拍。我家的阳台朝北的,有天早上拍了东升的太阳给小伙伴们看,有人就觉得不科学:“太阳的直射点只会在南北回归线内移动。你在北京,怎么可能在朝北的阳台看到太阳?”
我以前也会觉得这事儿不可能,但后来我了解到,太阳还真可能从东偏北的位置照过来的!
一年之中,如果把全球各地太阳升起的方位都统计起来,将是从北往东再到南这样180度的一大片扇形——

1、绝大多数时间的绝大多数地区,早上太阳都不是从正东方升起的,只有在春分和秋分这两天是;

2、从春分到秋分的半年中,太阳从东开始,每日升起的方位逐渐往北偏移,纬度越高(不论南北半球),偏北得越多。南北极圈内甚至会出现太阳从正北升起的情况。夏至后开始往南移动,秋分时回到正东;

3、从秋分到第二年春分的半年中,每日升起的方位逐渐往南偏移,纬度越高(不论南北半球),偏南得越多。南北极圈内甚至会出现太阳从正南升起的情况。冬至后开始往北移冬,春分时回到正东。

以上三点特征均不考虑极点位置,这两点比较奇葩,在北极点看到的日出都是从南方升起,在南极点都是从北方升起。也不考虑极昼极夜问题,极昼是整天都看到太阳,谈不上升起不升起,极夜则是整天黑漆抹乌,看不到太阳。

这些结论估计会出乎很多人的意料。前述太阳直射点的适用范围跟着并没关系,看日出是太阳贴着地平线斜射过来的,不是直射点。

要讨论这个问题,得先搞清:由于太阳距离地球1.5亿公里,远大于地球的直径,所以从太阳射来的光线,基本各处都平行。看日出是看远方的太阳在本地的方位,不是看直射点对于本地的方位。

其次,怎么判定东南西北?放眼到整个地球来看:南和北就是路过观测者所在地的经线方向,而东和西则是观测者所载地的纬线方向。拿一个地球仪来看,南北两极之间以经线相连,而各条纬线则都相互“平行”,与各条经线都垂直。

下面来看看中学地理中关于地球公转变化的示意图:
http://s2/mw690/001O0G7lzy6HwahPHX3b1&690

我用地球仪模拟其中几个关键时刻的细节:
http://s15/mw690/001O0G7lzy6Hw7ejafsce&690
这是模拟夏至日的情况:太阳直射北回归线,整个北极圈内出现极昼现象,整个南极圈内出现极夜现象(非夏至时只是以极点为中心的部分极昼极夜)。

照片中哪些地区正在看日出?就是被标注为“晨昏线”上沿线的各点。
由于地球的自转方向,从北极高处往下看为逆时针方向,所以图中ABCD点都是刚好从太阳照不到的阴影区域转出来,即将转向阳光照得到的区域。代表着正是逃离黑暗,进入黎明的过程。(照片背面的晨昏线上各点则正相反,正在告别光明,即将进入黑夜,所以是黄昏。)

注意看:由于地轴的倾斜,平行的阳光射到ABCD各点时,与当地的经纬线都存在夹角,方向都是从东北方射入的。
其中A点是高纬度地区,阳光几乎是沿着北方射入的,仅略微偏东。如果纬度再高一些,接近北极圈,观测者将看到太阳是从北极点方向射来的,这时候就是“太阳从北方升起”了。

B点是中纬度地区,阳光射入的方向还算是东偏北。不过已足够让阳台朝北的朋友看到太阳升起了;

C点D点都是南半球,可以看出随着纬度升高,入射阳光也越来越靠近观测点所在的经线方向。如果纬度高到接近南极圈的极夜区域,将会看到太阳只在地平线上冒个尖又落下的情况,也是从北方升起
用Stellarium软件能很直观地模拟这一状况:
http://s15/mw690/001O0G7lzy6Hw7hSjVA3e&690
(南极圈上某一点看太阳升起)

春分和秋分两天,由于晨昏线经过南北极点,所以全球处处昼夜等长。如图所示,ABC点入射光都与所在地纬线平行,所以看出去都是从东方升起
http://s7/mw690/001O0G7lzy6Hw7jYyTcd6&690

冬至时候:太阳直射南回归线,北极圈内出现极夜现象,南极圈内出现极昼现象。
http://s1/mw690/001O0G7lzy6Hw7ldKlG80&690
此时ABCD点的状况与夏至正好相反,能明显看出阳光都是从东南方射入的。就不一一细说了。

现在春分刚刚过去,早上起得早的朋友可以关注一下太阳升起的方位,看看是不是开始偏向北方了。

我去年最早一天在朝北阳台上所拍到的日出是4月8日,拍成题图的照片。今年我新置备了一些装备,到时试试拍摄效果如何。
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补充一:
不知道我写得够清楚没有,咱们来个互动环节吧,各位朋友试回答:太阳从哪个方向落下?

补充二:
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