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2016-12-17

高中地理之地球运动轨迹点——冬至夏至

  冬至不仅是我国传统24节气之一,也是天文学上一个重要的时间与位置。
 

  太阳在2016/12/21的18:44达冬至时刻,也就是太阳位在黄经270度且赤纬最南的时候 ,所以又有「日至南」之称。


  此时太阳位置人马座中,阳光直射南回归线,在南回归线上,于正午时可见到太阳在头顶的正上方,而北半球所见的正午太阳仰角最低、竿影最长;这一日也是一年中昼最短、夜最长之日。冬至过后,太阳直射位置逐渐北移,日出日落的位置也逐渐向北偏。

  

冬至日轨迹图

(冬至日轨迹图)


  由于冬至这一天竿影最长、最容易测量,因此中国古代历法乃以冬至为「岁首」,也就是一年的开始,冬至所在的农历月份称为「子月」,因此冬至所在的农历月基本上是不设置闰月的。此外,西元前5世纪左右、约2000多年前的春秋战国时代,天文官已经知道利用冬至正午竿影或圭表影子的长短变化来测定一年的长短,并将累积数百年的观测结果综合之后,发现真正的一年长度,也就是所谓的「回归年」或「太阳年」,事实上是365日5时48分46秒,差不多是 365.25日(古代写作「三百六十五日四分日之一」),称为「岁实」。这个数值与目前根据最新技术测定的365.2422天,相去无几,就2000多年前少有精密仪器的年代来说,实属不易。
 

  历法上,冬至是中国古代真正的一岁之首,故素来有贺冬或拜冬之礼,甚至有吃完汤圆长一岁之说。在《周礼.春官》中有云:「以冬日至,致天神人鬼;以夏日至,致地祇物魅。」即因古人有天圆地方的观念,故而有冬至圜丘祭天、夏至方泽祭地的习俗呢!(注:圆形的圜丘坛为北京天坛建筑群最南端之处,是皇帝祭天主要场所;方形的方泽坛为北京地坛建筑的主体,因周围有名为方泽的水池环绕而得名,是皇帝祭祀土地神祇的主要场所。)


  由于地球绕太阳公转轨道为椭圆形而使公转速度并非等速,再加上地球自转轴相对于公转面有一约23.5度的倾角,使得每日太阳过中天的正午时刻不一定是钟錶上的中午12时,有时在12时之前,有时在之后,其中差异最大者在2/12和11/3,这也使得午前和午后的白昼时段并不等长。此现象称为均时差。如果每天固定时间去拍摄太阳,将一整年的太阳轨迹(日行迹)叠合在一起后会呈现8字形,不同纬度的日行迹亦不相同,有兴趣者不妨耐着性子,努力一年就有成果。


  受到均时差影响之故,冬至日虽是昼最短、夜最长之日,但却非日出最晚、日落最早的一日。事实上,台北地区日出最晚之日在1/13~14前后,日落最早者则在11/29~30前后。如下图。

台北地区2014年日出、正午与日落随时间变化图

  (台北地区2014年日出、正午与日落随时间变化图)
 

  以上内容由台北天文馆提供,『有趣天文奇观』网站收录,欢迎多加利用。

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