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太阳的“8”字舞步

2020-11-19 15:47  来源: 新华网

很多人认为,太阳每天的运动轨迹都是一样的,其实不然。倘若每天在固定的时间点记录下太阳的位置,通过一年的观察记录后会发现,太阳的位置并非是固定不变的,而是存在着微小的变化,只是很难被我们发现。

更令人惊奇的是,太阳一年时间内的移动轨迹是呈“8”字型的。当太阳在天空中南北两端偏离最远的时候,即是它出现在这个“8”字曲线上下两个顶点的时刻,分别对应每年的夏至日和冬至日。太阳的这种移动轨迹被称为“日行迹”,即以地球作为观测点,一年中太阳在天空中的移动轨迹。只要在固定时间、方位、角度拍摄记录太阳一年,就能得出太阳的“8”字型路径。不同的记录时间点所得到的轨迹图也不一样,早、晚拍摄记录得出的“8”字是平躺的,中午拍摄记录得到的“8”字是直立的。

其实,这种“8”字轨迹并不是由太阳决定的,而是由地球决定的,是因为地球在绕太阳公转的同时,其本身也在自转,而其自转轴存在着一定的倾斜。

地球的公转轨道并非是完美的圆形。一年中,地球和太阳的距离时近时远,地球的公转速度也随之时快时慢,最快的时间点在每年的1月4日左右,最慢的时间点在7月4日左右。太阳也并非在每天的正午时分都正好处于正南方向,有时会提前,有时会落后,最大时间差为17分钟。这一点也决定了“8”字的宽窄。地球除了公转之外还有自转,其自转相对于公转轨迹来说存在着23.5°的倾斜角度,所以正午时分太阳的位置也会在南北方向上移动,这一点也决定了“8”字的长短。

白天能观察到太阳的“8”字轨迹,那么晚上是否也能观察到月亮的“8”字轨迹呢?与地球的公转轨道相同,月球的公转轨道也不是正圆形的,而是椭圆形。平均下来,月亮出现在天空中同一位置时对应的时间点相差大约51分钟。也就是说,每天比前一天延迟51分钟左右记录月亮的位置,即可得到一个类似的“8”字轨迹图。

本文由中国人民大学附属中学第二分校一级教师王和意进行科学性把关。

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创,转载时务请注明出处。

作者: 田维   [责任编辑: 郭童]

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