為什麼這張同一地點同一時間每天拍攝太陽合成的圖的交匯點不是春秋分,那是什麼日子,太陽運動的方向是什麼?


為什麼會是呢?是誰給你的勇氣覺得交匯點就是春秋分呢?梁靜茹嗎?(逃

(抱歉,我對交匯點的理解也出現了偏差,梁靜茹我對不起你......)

這圖是2004年6月21日的APOD(APOD: 2004 June 21),說不定比某些知友年紀還大。

不難判斷照片中8字形軌跡的頂端是夏至日的太陽,底端是冬至日的太陽。

夏至日太陽直射北回歸線,冬至日太陽直射南回歸線,春秋分太陽直射赤道。南北回歸線中點正是赤道。

同樣的道理,8字形軌跡兩端連線取中點即對應春秋分日太陽的位置,8字形上小下大,交匯點很明顯不是中點。

借用EN菌的圖:

(圖源:Anthony Ayiomamitis 製圖:EasyNight)

交匯點是每年4月15日和9月1日前後,很接近真太陽時等於平太陽時的日子。(之前將二者等價了,是我的疏忽,感謝 @尞祡 指正)

8字形軌跡方向如下:

(圖源:Anthony Ayiomamitis 製圖:One Two)

我們的鐘錶用的是平太陽時,每天都是86400秒那種。但在現實中,太陽並不總是每過86400秒就上中天,由於地球公轉軌道是橢圓,加之太陽沿黃道而非赤道移動,某些時候真太陽的位置會領先於我們假想的平均太陽位置(如圖中①和③段),通俗地說,這時候真太陽比平太陽跑得快,即真太陽時要比我們的鐘錶快。但有時候又會落後(如②和④段),這時候我們的鐘錶又比真太陽時快了。

(作者:Clem Rutter, Rochester, Kent 來源:Wikipedia)

上圖為平太陽時與真太陽時的差值隨時間變化的情況。AB段對應①,BC段對應②,CD段對應③,DA段對應④。ABCD就是平太陽時等於真太陽時的四個時間點,其中A點是每年4月15日,C點是每年9月1日,很接近照片中的交匯點,但並不重合。

暫時不清楚交匯點有沒有什麼特別的天文學意義。

有些地方說得不清楚,權當拋磚。

拓展:

一般管這種8字形太陽軌跡叫「日行跡」:Analemma

真太陽時與平太陽時的差異我們叫「均時差」:Equation of time


需要引入兩個概念,真太陽和平太陽,一個是真太陽,就是我們平時看到的太陽

根據這個太陽的位置得出的是真太陽時,各種太陽鍾,日晷直接讀數一般都是這個。

平太陽是虛擬的玩意。平太陽_百度百科

平太陽或假太陽是一個假想的天體,它每年和真太陽同時從春分點出發,在天赤道上從西向東勻速運行,這個速度相當於真太陽在黃道上運行的平均速度,最後和真太陽同時回到春分點。

平太陽不在黃道。而在天赤道,速度也是平均的,根據計算出來的平太陽位置得出來的就是平太陽時,實際生活中我們用鐘錶得出。二者的差值就是均時差。

我們把這個問題相像成真太陽和平太陽跑圈的問題。二者都是一天左右一圈。每次平太陽過起跑線時候記錄下真太陽的位置而已。

8字線有兩個運動合成,其上下的波動是因為真太陽的回歸運動,左右運動是每次平太陽通過起跑線時候真太陽的位置。

再具體點說,根本原因有兩個,一個是黃赤存在交角,另一個就是橢圓軌道造成的公轉速度變化。倘若沒有黃赤交角,應為「—」字線,正圓軌道,應為」丨「字線。關鍵值大體如下

所以8字線的左右變化是平太陽、真太陽因為速度差異造成的位置的累計差值


說交點是春秋分,那是不對的,說事均時差零值點,估計也是不對的。不過確實差的不遠,需要注意的是,冬夏至也不是對稱位置喲。而春秋分點,當然在太陽過天赤道的時候咯。

我數學渣,不知道怎麼算,但是下圖四種顏色分別代表二分二至點之間的那段時間。

示意圖,速度有調整。


道理one two已經說清楚了,但部分人看起來不是太直觀好懂,所以我再通俗地說下。

這個問題可以從二個角度尋求答案:
①第一個角度對於理解該問題不是很容易:地方時對應的事實上是一個在以太陽為圓心,偏心率為零的完美正圓上運行的一個太陽日嚴格等於86400秒的星球;假想一個這樣的星球,把運行軌跡(圖中黑色軌跡)與地球的軌道(圖中藍色軌跡)進行對比,作該完美星球與太陽的連線,就會發現沿橢圓軌道運行的地球時而在連線之左,時而在連線之右。當然這隻能解釋太陽畫的是8字而不是直線,想要進一步說明為什麼中間交叉點不是春秋分,還得要完美星球的軌道數據,然後還要進行模擬才行,對想像力很不友好。

②第二:地球沿一條橢圓軌道運行,太陽在該橢圓的長軸上,因此可以近似認為長軸兩側的運行情況相同。每一側都有近日段和遠日段,那麼很容易想到地球在遠日段運行時,相同時間間隔(平太陽日)內地球運行經過的軌道與太陽構成的夾角相對於近日段更小(即高中物理教材開普勒第三定律配圖),因此在這張照片上表現為8字上半圈(夏半圈,即遠日段)幅度更小,那麼交叉點自然會向夏至點移動。

(原圖來自cnblogs.com)


本小白試著強行分析一下……

如果太陽直射點的緯度保持不變,一年軌跡就是橫劃拉。
如果公轉速度恆定,一年軌跡就是垂直方向運動。
直射點變化和公轉速度變化疊加起來,軌跡就會變成一條閉合曲線。
至於為什麼是兩個圈大小不等的8字形?

相同時間內恆星行星連線掃過相等面積,那麼在整一年的時間(設為T)內,實際公轉軌道圍起來的橢圓面積確定(設為S)。那麼,在假設公轉速度不變的平太陽模型中,公轉軌道是個以太陽為圓心的正圓,面積也應該是S(半徑就是r=√ab)。
把太陽的點對準,將兩個圖形疊加在一起,看起來就是一個橢圓上蓋了一個稍微偏右的圓(這應該就是8不對稱的根本原因)。在同一天同一時刻,兩個圖形上各能找到一個對應這天的點,由於二者之間的面積差、路程差和速度差,導致了特殊的8字形軌跡。
從零點起算,如果實際面積大於模型面積(面積差大於0),就說明當天太陽比鐘錶「超前」了,太陽就會偏右(西),反之如果「滯後」了,就偏左(東);路程差大於0時太陽右移,反之左移;速度差大於0時太陽表現右偏趨勢,反之左偏。

可能並不準確,接受任何批評。(,,?? . ??,,)


當然在春分和秋分這兩天不能重回,因為這兩天地球和太陽的距離不同,那麼同一時刻太陽在天空的位置就不同。假如距離相同,就應該是在這兩天重合。

至於圖中重合的是哪一天,這需要計算,比較複雜。


可以參考2015廣東奧林匹克地理試卷,有點印象,不是春秋分。


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