知识点

(1)太阳的日出、日落方向

太阳的日出日落方向,即为“太阳的视运动”,即我们站在地球上,所看到太阳在天空中的运动轨迹。运动轨迹有4条规律:

①太阳直射北半球时:太阳东北升起、西北落下;

②太阳直射赤道时:太阳正东升起、正西落下;

③太阳直射南半球时:太阳东南升起、西南落下;

观察者的位置:站在北半球观察,则太阳的视运动轨迹向倾斜;站在南半球观察,运动轨迹向倾斜。

根据太阳影子判断太阳高度 利用旗杆影子判断日出日落(1)

图1 北半球的太阳视运动轨迹

(2)正午太阳高度角

正午太阳高度角,指的是中午12:00时(地方时),太阳直射光线与地平面的夹角。它的计算公式如下,其中α为正午太阳高度角,β为观察者的纬度,γ为太阳直射点的纬度。

α = 90° - | β - γ |

根据太阳影子判断太阳高度 利用旗杆影子判断日出日落(2)

图2 正午太阳高度角示意图

(3)太阳直射点的季节移动

由于地球公转轨道(黄道)与自转轨道(赤道)存在着一个夹角(黄赤交角,23°26′),且地轴永远指向北极星的方向,因此太阳直射点会在南、北回归线之间,往复移动。运动的周期为一个回归年(365日5时48分46秒)。具体的运动过程如下:

春分-夏至:太阳直射点由赤道开始,向北移动,到达北回归线;②夏至-秋分-冬至:太阳直射点向南移动,经过赤道,到达南回归线;③冬至-春分:太阳直射点向北移动,到达赤道。

太阳直射点移动时,会伴随着昼夜长短极昼极夜现象的变化。①太阳直射北半球时,北半球昼长夜短,且越往北,昼越长夜越短,北极点周围出现极昼现象;②太阳直射南半球时,北半球昼短夜长,且越往北,昼越短夜越长,北极点周围出现极夜现象;③太阳直射赤道时,全球昼夜平分,没有极昼极夜现象。

根据太阳影子判断太阳高度 利用旗杆影子判断日出日落(3)

图3 太阳直射点的移动轨迹

实例——旗杆影子

如下图所示,旗杆影子早晨在西北、中午12:00在正南、黄昏在东北,旗杆影子与太阳光线的夹角为α。请问旗杆处在南半球还是北半球?处在哪个季节?

根据太阳影子判断太阳高度 利用旗杆影子判断日出日落(4)

图4 一天中的旗杆影子示意图

(1)判断太阳的日出、正午、日落方向

太阳的方向,与影子的方向恰好相反。因此太阳日出-正午-日落的方向为:东南-正北-西南。

(2)判断季节、昼长、旗杆的大致位置

太阳日出东南、日落西南,因此太阳直射点位于南半球,此时是南半球的夏半年、北半球的冬半年(9.23-次年3.21)。此时南半球昼长>12h,北半球昼长<12h。

由于太阳的视运动轨迹为:东南-正北-西南,即向北倾斜。因此可以判断,旗杆位于南半球

(3)判断旗杆的具体位置

利用正午太阳高度角,进行倒推。正午太阳高度角α = 90° - | β - γ |,其中β为旗杆的纬度,γ为太阳直射点的纬度。由于太阳直射南半球,且旗杆也位于南半球,因此β和γ的单位都为“S”,可以直接加减运算

则旗杆的纬度 β = γ - α 90°或 β = γ α - 90°。其中太阳高度角α已知,只要再知道今天的日期,便可以推算出太阳直射点的纬度γ,便可以计算处旗杆所在的具体纬度。

例如假设今天是12月20日,则此时太阳直射23°S左右(γ)。假设太阳高度角α为60°,则此时旗杆纬度β = 53°S。

根据太阳影子判断太阳高度 利用旗杆影子判断日出日落(5)

图5 太阳直射点对应的纬度和日期

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