太阳为何是东升西落?

宇宙科学 01-10
       地球自转的结果。准确地讲,在北半球夏季,全球各地(除赤道和极点外)太阳都是东北升起,西北方向落下,在北半球冬季(除赤道和极点外)太阳是东南升起,西南方向落下,只有在春分日 秋分两日,全球各地太阳都是东升西落的。
       太阳升落方位的变化规律可以从以下几个方面来考察:
1.随纬度的变化规律:这种规律可以概括为一句话即:太阳赤纬不为零时,纬度越高(不管南北纬),太阳升落的方位角(以东点、西点为起点,在地平圈上度量,偏北为正,偏南为负,用符号A表示)越大,而且太阳赤纬为正(负)即太阳直射在北(南)半球时,方位角为正(负),亦即太阳升落方位偏北(南)。根据纬度的差异又可分为以下六种情况:
(1)在赤道上看:由于太阳周日圈与地平圈直交,故一年四季太阳都是垂直地升起而又垂直地落下,且太阳赤纬是多少度,太阳升落方位便是多少度,即δ=A。例如:每年11月7日,太阳赤纬约为-16°19′即太阳直射南纬16°19′,此日的太阳升落方位亦为-16°19′,即在赤道上看11月7日这天太阳是从正东偏南16°19′处升起,在正西偏南16°19′处下落。
(2)在开始出现极昼的纬度上看:由于太阳周日圈最低点与地平圈相切,故太阳升落方位最大为90°即与北点或南点重合。例如:6月22日北极圈上开始出现极昼,太阳周日圈全部在地平圈以上,其最低点恰与北点相切,故这天在北极圈上看太阳,是从正东偏北90°即正北方位开始升起,而在正西偏北90°即正北方位下落到最低点,换句话说就是6月22日在北极圈上看太阳升落方位为+90°。
(3)在开始出现极昼的纬度到极点之间看:由于太阳周日圈全部位于地平圈以上而且是倾斜的,故一天中太阳高度仍有变化,太阳开始升起和下落到的最低点方位角均为90°即太阳升落方位亦与北点或南点重合。例如:6月22日在70°N处看太阳,一天中太阳总在地平以上转圈,只在半夜时下落到最低点,此时太阳位于正北方天空,方位角为+90°。
(4)极昼期间在极点上看:由于太阳周日圈始终平行于地平圈,故一天中的太阳高度没有变化,始终等于该日太阳赤纬,太阳只有方位变化而无所谓升落,因而不存在升落方位问题。例如:12月22日在南极点上看,太阳周日圈始终高出地平23°26′,且只有方位变化(每日一周)而无所谓升落,故不存在升落方位问题。
(5)在开始出现极夜的纬度上看:由于太阳周日圈最高点与地平圈相切,故太阳只在正午时在方位为900的一点出现,但刚一露脸即已下落。如8月7日太阳赤纬为+16°19′即太阳直射北纬16°19′,该日南纬73°41′的地方出现极夜,这天太阳只在正午时在方位为90°的一点即正北方露一下脸。
(6)在赤道与极昼极夜出现的纬度之间看:由于太阳周日圈与地平圈斜交,且纬度越高,两者之间的夹角越小,故太阳升落的方位角也就越大,而且普遍地A>δ。方位角的大小可用球面三角正弦公式求得:sinA=sinδ/cosψ( 式中A为方位角,δ为太阳赤纬,ψ为当地纬度 )。例如:12月22日太阳赤纬为-23°26′,赤道上方位为-23°26′,南北回归线上为-25°41′,南北纬45°为-34°13′,极圈上为-90°。
2.随季节的变化规律:这种规律也可以概括为一句话即:太阳赤纬值越大(小),方位角越大(小),而且赤纬为正(负)方位为正(负)即太阳升落方位偏北(南)。例如:
(1)每年的3月21日与9月23日即二分日:太阳赤纬为0°即太阳直射赤道,太阳周日圈与天赤道重合。由于天赤道在当地天空中的位置乃东点、西点、Q点(又称上点,其位置在赤道上与当地天顶重合,北半球在天顶正南相当当地纬度的一点,南半球在当地天顶正北相当当地纬度的一点)的连线,故全球各纬度看太阳都是从正东方位升起,在正西方位下落,其中正午时的太阳位置在赤道上位于天顶,北(南)半球位于天顶以南(北)相当当地纬度的一点。
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