在空中跳个8字街舞
太阳轨迹年画像


文章出自:博物 2010年第01期 作者: 李鉴 

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你相信太阳也会“街舞”吗?如果你每天在一个固定时刻记录下太阳的位置,就会发现一年中太阳跳了一个8字舞,而它的舞姿实际上有好几种,那就看看太阳的街舞有哪些花样吧。

太阳

时快时慢的钟表

没有人敢怀疑太阳的权威,它在天上不紧不慢地运行,无怪乎古代的人们利用它来记录时间:太阳每天东升西落所经过的路径就像一个巨大的天然表盘,太阳本身就是这个表盘上的时针,我们的手表就是这个天然时钟的“微缩版”,太阳转一圈,手表就转过了24小时,然而人们慢慢发现,太阳并非准时准点就到达天空中的某一位置,比如今天早上6点钟的时候,太阳在某个位置,而明天早上6点钟,它却不在这个位置了,有了一小点儿移动,后天的6点钟,它又会移动一点儿,每天都有些不同。一年下来,总体的轨迹就是一个8字形。夏至和冬至这两天,太阳的位置就在8字曲线的上下顶点,它们表明太阳在天空中南北两端偏离最远的情况。

高矮胖瘦

斜转舞步

为什么“天然时钟”走时不均匀呢?又怎知这个8字的高矮胖瘦?由于地球的公转轨道并不是正圆,这也导致地球的公转速度在一年中时快时慢:每年1月4日前后最快,7月4日左右最慢。这样,每天中午手表时间为12点时,太阳并不一定正好位于正南方,它到达正南方的时间有时提前有时落后,最大可以提前或落后17分钟左右。这一特点就决定了8字的胖瘦。另外由于地球自转有23.5°的倾斜,这使得太阳每天在中午12点的时候,出现的位置会南北移动,从而决定了8字的高矮。

图3
图4
图5
图6
天空打个8字结
在北纬30°地区,在一年中每天同一时刻拍摄太阳的位置:在早上6点时拍摄,8字只能拍到一半,因为冬天6点钟太阳还没升起来。8点的时候8字的轴线慢慢向西转动,到12点时,它位于正南、正北方向,轴线垂直于地平线。之后继续向西转动,到下午6点时,又有一半拍不到了(图3~图5)。与北半球不同的是,在南纬30°地区,8字的大头朝下(图6)。

东倒西歪

醉舞晨昏

让8字舞步落在天空舞台的哪个角落?是倾斜半没于地平线,还是像个葫芦正挂在天空?这取决于我们起床早晚:在同一个地方,每天在不同时间拍摄,便能看到不同的8字朝向。在北半球,早上太阳升起后不久拍摄太阳8字,轴线向左倾斜。随着时间的推移,太阳逐渐升高,轴线逐渐向右旋转,如果等到中午12点拍摄,轴线正好垂直于地平。之后它继续右偏,如果在傍晚时分拍摄,8字的轴线就变成了向右倾斜。如果我们在南半球拍摄,8字的形状正好和北半球相反,大圈在上,小圈在下。这就如同我们在南半球看星星,会发现所有的星座都在“拿大顶”,全都倒了个儿。

图8
图9
东倒西歪的保龄球瓶
同样是早上8点钟,倘若赤道地区生活的非洲狮也如此钟爱天文现象,它就会记录下太阳“躺着的”8字舞(图8)。而在北极的白熊则只能记录下半个竖直的8字(图9)。即使记录时刻相同,不同纬度上记录8字的轴线角度也不同。

横躺竖站

跨越冷暖

在地球上纬度不同的地方,即使同一时刻拍摄的太阳8字,它的朝向也会不一样。例如同样是在上午7点拍摄,纬度越低的地方,8字越平。在赤道上,它是“躺着的”,轴线正好平行于地平线;随着纬度往北升高,它就像一个不倒翁一样慢慢“站”起来,纬度越高,站得越正,在北极点时,就变成完全直立了。

责任编辑 / 张超 

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