太阳周日视运动

太阳周日视运动：太阳出没时间和方位问题

由太阳周日视运动规律易知，当太阳直射北半球时，全球太阳东北升西北落，北半球日出时间（地方时）早于6：00。同理，当太阳直射南半球时，全球太阳东北南升西南落，南半球日出时间（地方时）早于6：00。

地方时6：00的太阳方位自然成为一个人们关注的问题。

由于太阳直射赤道时，全球太阳正东升正西落，且日出时间为地方时6：00，不少人错误地认为，夏半年，在地方时6：00，太阳刚好于东北（或东南）运行到正东位置。

果真如此吗？

一、夏半年地方时6：00时太阳方位的定性分析

1、北半球温带和寒带地区

下图（图1）为北半球温带地区，二分日与夏至日太阳周日视运动示意图。ESWN为地平圈，E、S、W、N分别表示东南西北方。O为观察点。弧EDW为二分日太阳视运动轨迹。弧ABC为夏至日太阳视运动轨迹，O′为夏至日太阳视运动轨迹的中心。

过O′作EW的平行线交弧ABC于E′、W′，E′W′平分该日太阳视运动轨迹，故E′、W′分别表示当地时间6：00和18：00的太阳位置。

如果将E′、W′垂直投影到地平圈上，它们的投影明显分别位于东北和西南方。

同理可知，南半球温带和寒带地区，夏半年，6：00和18：00的太阳方位分别为东南和西南。经过一段时间，太阳会运行到正东和正西方向。

2、北半球热带地区和赤道地区

北半球热带地区和赤道地区，夏至日太阳视运动轨迹如图2、图3。夏至日太阳直射北回归线，热带地区正午太阳位于天顶以北。

因此，在地方时6：00和18：00，太阳分别位于东北方和西南方，而且，在一天当中根本到达不了正东方。

二、夏半年地方时6：00时太阳方位的定量计算

以北半球温带地为例。

如图4，去掉图1中二分日视运动轨迹，连接OB，作O′在地平面上垂直投影O″，作W′在地平面上的重击投影W″，连接OW″。∠WOW″即为日落时的太阳为位角，此角与日出方位角大小相等。

设天球半径为R，δ为太阳直射点的纬度，φ为观察点的地理纬度。

由几何关系易知：∠WOW″=∠OW″O″

在直角三角形OO″W″中，tan∠OW″O″=OO″/O″W″…①在直角三角形OO″O′中，OO″=OO′cosφ…②

在直角三角形OO′B中，OO′=OB sinδ= Rsin

δ…③

W″为W′在地平面上的重击投影，O″W″=O′W′= O′B= Rcosδ…④

由①②③④得：

tan∠WOW″= tan∠OW″O″= tanδcosφ

∴日落方位为，西偏北arctan (tanδcosφ)

同理：日出方位为，东偏北arctan (tanδcosφ)。

几种特殊情况：

（1）太阳直射赤道时，δ＝0°，tanδ＝0，arctan (tanδcosφ)=0,太阳正长升正西落；

（2）赤道地区，φ＝0°，cosφ＝1，arctan (tanδcosφ)= δ,日出方位角等于直射点的纬度度数。

三、太阳位于正东方的时间计算

如图5，由图4，连接天顶与观察点，交O′B于为O1，过O1作E1W1，使E1W1平行于E′W′，E

即为太阳位于正东方位置。

1

为太阳位于正东方的位置，只要求出∠E′O′ E′为太阳6：00位置，E

1

的大小，即可确定太阳位于正东方时的地方时。

E

1

在视运动轨道上，太阳的角速度为150/小时。设∠E′O′E1为α，太阳位于正东方的地方时为6+α/150

在直角三角形E1O1O′中，∠E′O′E1=α,sinα=OO1/ O′E1 , O′E1=Rcos δ…①

在直角三角形O1O′O中，∠O′O1O=φ,OO1= O O′/tanφ, OO′=Rsinδ…②

由于①②得：sinα=tanδ/ tanφ

α=arcsin(tanδ/ tanφ)

太阳直射赤道的特殊情况，δ=00, tanδ=0, α=00, 太阳位于正东方的地方时为6时。

来源：湖北省大冶市第一中学程良安

以上太阳周日视运动关于太阳出没方位问题分析，笔者认为还与当地所在纬度有关，比如在极圈极昼期内，日出方位是南（北）升南（北）落。

此类问题还要关注：

1.太阳视运动即在地球上仰视看地球自转方向的反方向；

2.北南半球判断：是太阳视运动的反方向，即仰（俯）视：北逆（顺）南顺（逆）；

3.日出日落方位判断：北（南）半球看，日出正南（北）日落正南（北）；

4.午（子）太阳高度判断：午（子）地平线上一天最高（低）；

5.当天太阳直射点的地理纬度计算：北极星星光高度或正午与子夜太阳高度差的一半；（正午太阳高度角－午夜太阳高度角）/2＝当地与极点的纬度差。（见下图）

6.当地地理纬度计算：= 90°- （正午太阳高度角- 午夜太阳高度角）/2 （由正午太阳高度计算推理而来）

博主问题：欣赏红月亮思考关于月全食的相关问题

1.从图上看，月全食是从东面初亏，但是为什么从西面生光？

2.月全食过程中分为初亏、食既、食甚、生光、复原，但是为什么由于色散，“食甚”前后月球表面呈红铜色或暗红色，而在“生光”或者“复原”中不会出现绿蓝锭紫的颜色？

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