【地理素养】天空中太阳全年的“8字形”排列是咋回事？附太阳周日视运动专题

地理眼看世界

这个图片显而易见，太阳穿过天空最短最低的路径是在冬至那天；最高和最长的路径发生在夏至那天，就这样来回循环摆动，年复一年！

那么，在一整年的时间里，如果每天同一时间拍摄太阳在天空中的位置，我们会看到怎样的情况？意思就是，今天我12点拍太阳的位置，明天也12点，后天也一样.....，就这样拍一年的时间，你认为太阳的路径会是一条直线吗？或者是一条曲线?

全年中每天的同一时间太阳的轨迹是怎样的？

事实证明，有些现象跟我们想的就是不一样，更加奇妙、更加壮观。

太阳在一年中每一天的同一个时间点的位置，表现出来的形状看起来像一个被拉长的数字8，“8”的一个边比另一个边更大更宽。“8”的最高点对应夏至，最低点对应冬至，这个应该很好理解，也就是全年最高和最低的位置！

这种特殊的形状，其实不是我们这个世界所独有的。在天王星、海王星和冥王星都能看到太阳排列的“8”字；木星和金星看到的是椭圆；但是在土星和火星的天空中会看到一个不寻常的泪滴形状！

为什么太阳在天空中会出现这些形状呢？以及地球的字形曲线为什么是这样的形状和倾斜方式？

整个“8”字的倾斜比较简单，如果我们选择在每天的正中午拍摄照片，也就是太阳在天空中最高点拍摄，就会得到一个完全没有倾斜的“8”字形状。如果在最高点（正中午）之前的时间拍摄太阳全年轨迹，“8”字形就向左倾斜，最高点（正中午）之后，“8”字形就往右倾斜！

在北半球拍摄的话，“8”字曲线的顶部就是一个小圆圈，底部是一个大圆圈。如果从南半球看的话，“8”字形曲线会正好倒过来！这个和远日点和近日点有关，后面会说到！

那么是什么造成了这种“8”字形状呢？有两个因素：

• 其一是我们地球自转轴的倾斜

• 另一个因素是地球公转轨道的椭圆度

如果地球的自转轴完全垂直于公转轨道，并且公转轨道是一个完美而均匀的圆，那么太阳每天都会出现在同一个地方。我们不仅没有季节变化，而且太阳在天空中的路径也不会发生任何改变。

地轴23.4°的倾斜意味着太阳的路径在一年中会周期性地发生变化，夏季太阳上升得越来越快，秋季下降得越来越晚，冬季下降得越来越早，春季上升得越来越高。

随着时间的推移，地球的轴向倾斜会发生一点点变化，但在往后的100万年里将保持相对稳定。

如果仅仅是因为地轴的倾斜，而地球公转轨道是一个完美的圆，我们在天空中得到的曲线将是一个真正完美的“8”字形，水平和垂直轴完美对称。

但地球的轨道是一个椭圆！这就会带来一定的影响！

当地球离太阳最近，接近但不与冬至点一致，地球在太阳附近移动得最快，导致太阳的表观路径比平均速度更快。当地球离太阳最远的时候，它的移动速度比平均速度要慢，导致太阳的路径变化速度变慢，这就导致了“8”字形一头大一头小！

如果我们生活在一颗地轴没有倾斜的行星上，它的公转轨道是椭圆形的，那么太阳穿过天空的路径将会是椭圆的：这就是木星和金星的大致情况，它们的那一点轴向倾斜是可以忽略不计。但是在地球上，有椭圆轨道和明显的轴向倾斜，所以这两种效果表现出来的表观现象都很明显!

那么火星呢？和地球的轴向倾斜差不多，也有椭圆轨道，那为什么是泪滴形状呢？

因为火星的轨道偏心度非常高，所以综合起来的影响就只创造了一个巨大的泪滴，不好理解？那我们再看看地球！

在地球上，以北半球为例，在冬至期间移动最快，这使得“8”字型曲线的“下”面比“上”面大得多！如果火星轨道偏心度更高，它会在近日点移动的更快，远日点移动的更慢，这就会造成“8”字型下方更大，上方更小，结果就是扩大的下方变成了一个泪滴形！

另一方面，火星形成泪滴状的原因，是因为火星的近日点和远日点与它的春分点和秋分点相对应，而我们地球正好于夏至和冬至点相对应，谭老师地理工作室综合整理这也是一个最大的区别

总结

我们只需要记住，这是地球椭圆轨道和地轴倾斜共同作用的结果！“8”字形是太阳随时间的流逝在天空中形成的美丽自然的形状，这是大自然的杰作！当地轴随着时间发生进动时，太阳在天空中的排列形状也会发生改变，但这是一个比较缓慢的过程。

这就是太阳在全年中每一天同一时刻的位置变化，以及“8”字形的来历！

由于地球不停地自西向东自转，因此我们在地球上看太阳东升西落，这就是太阳视运动。

日出日落方位

1.太阳直射北半球时，除极昼极夜的地区，全球其他地方太阳都是东北升西北落。(极昼地区太阳正北升正北落,正午太阳总在正南)。

2.太阳直射南半球时，除极昼极夜的地区，全球其他地方太阳都是东南升西南落。(极昼地区太阳正南升正南落，正午太阳总在正北)。

3.太阳直射赤道时：晨线和经线重合，纬线和太阳光线平行，太阳在晨线正东方，在昏线的正西方，故太阳正东升，正西落。

无论是北半球还是南半球，同一日期日出日落方位相近，如下表所示：

日期

日出方位

日落方位

春分日(3月21日前后)至秋分日(9月23日前后)

东北方

西北方

春分日(3月21日前后)或秋分日(9月23日前后)

正东方

正西方

秋分日(9月23日前后)至次年春分日(3月21日前后)

东南方

西南方

综合思维昼长与日出日落时间

在北半球，昼越长，日出越早，日落越晚，日出日落的位置越偏北，太阳视运动的弧度越大;反之，在北半球昼越短，日出越晚，日落越早，日出日落位置越偏南，太阳视运动的弧度越小。

正午太阳方位

1.太阳直射点位于观测者以南时，该地正午太阳位于正南方向。

2.太阳直射点位于观测者以北时，该地正午太阳位于 正北 方向。谭老师地理工作室综合整理

特殊地区太阳视运动轨迹

1.赤道上的太阳是运动图

2.极点上的太阳视运动图

附：

3.刚好出现极昼的视运动图

太阳视运动轨迹

太阳的视运动轨迹，即假设我们站在地球上的A点，所观察到的天空中太阳的运动轨迹。假设观察者位于北半球，则它的运动轨迹有如下规律：

①太阳视运动轨迹，整体向南倾斜;

②一年中不同的日期，太阳的视运动轨迹不同。夏至：东北-西北(东北升起、西北落下);春分/秋分：正东-正西;冬至：东南-西南。

图1 北半球的太阳视运动轨迹

另外，当观察者位于南半球时，太阳的视运动轨迹整体向北倾斜;当观察者位于赤道时，它的视运动轨迹不发生倾斜，垂直于水平面。

(2)正午太阳高度角(α)的计算

α=90°-|太阳直射点的纬度-观察者所在的纬度|

其中，太阳直射点的纬度，在南、北回归线之间往复移动，运动周期为一个回归年(365日5时48分46秒)。

图2 太阳直射点的移动

太阳视运动的规律

正午太阳方位：北回归线以北在正南，南回归线以南在正北;回归线之间有可能在头顶，正午太阳在南或北依据与太阳直射点所在纬度对比。

二分日时

全球各地太阳正东升，正西落。正午该地是直射时太阳在头顶;在直射点北时太阳位于其正南;在直射点南时太阳位于其正北。

非二分日时

太阳直射点在北半球

极昼区除外全球各地太阳东北升，西北落;极昼区，正北升，正北落。且纬度越高，太阳升落的方位越偏北。

太阳直射点在南半球

极昼区除外全球各地太阳东南升，西南落;极昼区，正南升，正南落。且纬度越高，太阳升落的方位越偏南。

极点

极昼区内的极点太阳方位：北极极昼从极点看一天都在正南;南极极昼从极点看一天都在正北。

物影方位与太阳所在方位相反。