太阳用一年的时间在天空写了一个“8”字，你看懂了吗？

根据sunset sunrise tables（日落日出表），在两至点（即夏至和冬至）前后大约10天中，每天白昼时间的长度基本相差无几。你知道这是为什么吗？

一年中每一天的白昼时间长度都会发生变化，这个变化量与太阳每天相对于天空中背景的偏移方向有关。这种由于地球绕太阳公转的轨道（因为地球自转旋转轴与公转平面并不垂直，而是呈23.5°的夹角倾斜。具体见图1）而产生的太阳运动轨迹变化，可以通过拍摄一整年中每一天同一时间点太阳照片来测量。如果你这么做了，你会发现“太阳们”在天空中的轨迹会形成一种特别的形状，我们叫它“日行迹(analemma)”（如图2，图片来自 image from Astronomy Picture of the Day）。

图 1 地球的自转与公转

图 2 日行迹

说明: 如果你在每天同一时间为太阳拍一张照片，请问太阳的位置会保持不变吗?答案是不会，而太阳在一年当中所经过的路线形状就叫做 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的倾斜。 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，如同在每天的不同时段制作出的日行迹也会不一样。 左图照片的日行迹是用 太阳摄影术建立起来的，从1998年八月拍到1999年八月，花了整整一年的时间于乌克兰拍摄而成，前景照则是于1999年七月的傍晚在同一位置拍摄的。

正如你所见，日行迹有着一种复杂而奇特的“8”字形状，但我们今天讨论的重点是太阳每天的偏移方向。如果太阳主要是向北或向南偏移（从地面上观察就是远离或靠近地平线），那么白昼时间就会有较大幅度的变化；反之，如果太阳主要是向东或向西偏移（与北边地平线平行），那么白昼时间就不会有太大变化，因为此期间太阳的最高高度与前一天基本相同（太阳的最高高度越高，太阳“走过”的路程越长，白天时间就会更长；反之，最高高度越低，太阳“走过”的路程就越短，白天时间也会更短）。

所以为了回答你的问题，你所要做的就是观察两至点期间的日行迹形状（当太阳离地平线最远或最近时，即图2中的左上角和右下角）。正如你所见，此时曲线变得平坦，在两至点附近的日子太阳的位置大致以东西方向偏移（请注意，图片中“太阳们”之间的间距远远大于太阳每天偏移的距离——因为并没有把365天的太阳都照进这张照片里，不然那样的话日行迹只要看太阳就好了！！）。又因为太阳主要是东西方向偏移（即这几日太阳最高高度基本不变），所以白天时间长度不会有什么变化。

如果仔细想想，你就会明白，无论日行迹的确切形状为何，两至点几乎都会出现这个现象。根据定义，两至点是太阳直射的地球纬度是其能够抵达的最南（南回归线）或最北（北回归线）的极值的日子，所以如果太阳还能过继续向北或向南偏移，那么那天就不能算是两至点。唯一能避免两至日附近每天的白昼时间的变化速率不变慢，是在日行迹的两至点两端必须都要有一个尖锐的“尖峰”。但如果你考虑到实际情况（地球绕行太阳的公转轨道），你就会明白不可能出现“尖峰”。因为地球在十分平稳的轨道上运行，没有任何剧烈快速的变化，所以我们也可以预料到日行迹的形状也应该是十分光滑的。

地球仪上的日行迹，摄于维也纳地球仪博物馆。

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