從《南極之戀》中解讀極晝區太陽高度角問題

石俊楓

摘要：太陽高度角在整個高中地理知識中，是學習、理解最困難的知識點之一，對學生能力要求高，學習正午太陽高度角和午夜太陽高度角，可以培養學生收集處理信息的能力，獲取新知識的能力，分析解決問題的能力，交流合作的能力。

關鍵詞：極晝;午夜太陽高度;太陽直射點移動規律

2018年2月2日，中國大陸上映了一部災難愛情片《南極之戀》，該片是我國首部親臨南極洲拍攝的電影，該片改編自吳有音創作的同名長篇小說，講述了一對本該“絕緣”的男女在一次意外事故后被迫滯留南極的故事。

故事背景：影片中男主角叫吳富春，婚慶公司經理 、土豪;故事的女主角叫荊如意，高空物理專業、學霸。影片中的男女主人公搭乘飛機從智利篷塔前往南極大陸，當飛機接近南極大陸時，突遇氣旋，機長難于控制飛機，最終只能緊急迫降，墜機。機長及荊如意隨從犧牲，荊如意和吳富春幸存。

既然是首部在南極實景拍攝的電影，難免涉及許多地理知識，其中最難點的知識為如何在南極極晝區辨別太陽方向及計算太陽高度角。在電影《南極之戀》中，荊如意認為：“南極極晝的時候，太陽是從南方升起的，南極極晝的時候，太陽是不會落下的，正午時，太陽在正北方，高度角最大，然后向西北方向偏，繼而向東南方向移動，高度角變小，到午夜太陽在正南，高度角最小。”

那真實狀態下南極極晝時期的日出日落以及太陽移動方向是否如電影里面描述的一樣呢？我們來分析分析：

結合所學知識，我們知道南極圈出現極晝的時間大約是12月22日到次年的6月22日，12月22日晨昏圈剛好和南極圈相切，南極圈成為出現極晝現象最低緯度的地方，此時南極圈上與晨昏圈相切的地方其太陽視運動是如何移動的呢？

此時，南極圈全天24小時內太陽高度角最低值為0°，當地地方時0時，太陽視運動軌跡與地平圈相切，太陽高度最大值即正午太陽高度角，其大小為太陽直射點緯度數的2倍。例如，12月22日，南極圈正午太陽高度角為47°，剛好為南回歸線度數的2倍。

從上圖3.12月22日太陽直射示意圖可以看出，紅色箭頭表示陽光，傾斜的黑色線條為晨線，A點即晨昏圈與南極圈的切點，以A點為原點作方向坐標，平移陽光線條，發現陽光與A點所在經線平行，經線指示南北，即A點日出方向為正南，同理，A點日落方向也是正南。

再來推斷極晝時期內，太陽周日視運動軌跡移動規律，從上述所知南極極晝時太陽從正南升起，不會落下，它在天上轉圈，正午時太陽在正北方，高度角最大，然后向西北方偏，繼而向西南方移動，高度角變小，到午夜，太陽在正南，高度角最小。電影里面荊如意將繼而向西南說成了東南，這也是該電影的一個缺憾吧，有缺憾的電影才是常態化的電影！

除正午太陽高度角計算公式外，極晝地區還涉及到午夜太陽高度角問題，午夜太陽高度即0時太陽高度，只有在極晝圈及其以內才會有午夜太陽高度，如下圖所示：

午夜太陽高度的計算公式推導過程如下：

假設北半球點P在北極圈及其以北地區，太陽直射點在赤道和北回歸線之間，此時P點出現極晝現象（如圖5）

在上圖中太陽光線是平行照射地球的，MR為P點的地平圈，PK為P點所在緯線的延長線，MO為赤道的延長線，N、S為兩極點;H0為P點午夜太陽高度角，即∠LPR。在上圖中由于太陽光線平行，PK與赤道面平行，所以∠LPK=δ，∠RPK=∠RMO，又因為在RT△OPM中∠RMO=900-φ，所以，H0=∠LPR=δ-（90°-φ），即H0=δ+φ-90°

對于該公式用地理術語來表達為：極晝地點午夜太陽高度為該點地理緯度與直射點緯度之和與90°的差。即H夜=δ+φ-90°

參考文獻：

[1] 程琳.從地理視角解讀電影《南極之戀》[J].中學地理教學參考，2018（13）.

[2] 陶杰.如何學習正午太陽高度角[J].科學咨詢（科技·管理），2017（05）.

（作者單位：湖北省武漢市湖北大學）