談太陽周日視運動軌跡圖的繪制及應用

摘要：北半球冬半年，太陽直射點在南半球，日出方位為東南方，緯度越高越接近正南。北半球夏半年，太陽直射點在北半球，日出方位為東北方，緯度越高越接近正北。

關鍵詞：太陽；周日視運動圖；日出日落方位；直射點；正午太陽高度角

太陽周日視運動，就是太陽以地球自轉的相反方向，繞地軸并隨著天球旋轉，以一太陽日為周期的自東向西的“巡天”運動。由于太陽運行的黃道面與地球的赤道面并不平行，這就導致太陽半年在天赤道以北運動，半年在天赤道以南運動，造成了同一緯度太陽周日視運動具有周年變化的規(guī)律。由于太陽周日視運動軌跡圖是以觀測點為中心，目視太陽在天球上運行所形成的軌跡示意圖，與教材上以太陽為中心的地球公轉示意圖差別較大，而且課本上直接涉及這方面內容較少，又沒有詳細說明，因此，這往往成為同學們學習的薄弱點，也成為教師教學的難點，然而在高考中對太陽視運動有一定的要求。筆者經(jīng)過教學實踐與研究，發(fā)現(xiàn)如果掌握了太陽周日視運動路線圖的繪制方法及其構成要素，然后將所學的課本知識進行有效的整合，就可以掌握“太陽視運動路線圖”規(guī)律，很多問題也就可以迎刃而解了。

一、 太陽視運動路線圖的繪制

1.畫出地球，并標出地軸和赤道，作出某日太陽的光線。

2.確定觀測點的位置。

3.過地心和觀測點連線。

然后過觀測點作連線垂線，該線即為過觀測點的地平線，即該地的南北方向線，過觀測點作南北方向線與上述連線的垂線即為該地的東西方向線；以觀測點為圓心，以地球半徑為半徑，過觀測點東西方向線和南北方向線作地球的切平面(該面即為過觀測點的地平面（因為觀測角度的原因，一般用橢圓表示地平圈）。

4.以觀測點為圓心，以地球半徑為半徑的求球，可表示該觀測點看到的天球。

5.地心和觀測點連線與天球有兩個交點，在地平面之上的交點為該觀測點的天頂，在地平面之下的交點為該點的天底。

6.過觀測點作太陽光線的平行線與天球的交點即太陽在該地上中天即正午12點，過交點作地軸的垂線與天球的交點即太陽在該地下中天即0點（或24點）的位置。

7.過上述交點作垂直于地軸或平行于赤道的圓，表示該日該地太陽視運動路線（因為觀測角度原因，可以用橢圓表示），而且標上箭頭（與地球自轉方向相反）。

圖1

圖2

（圖1、圖2分別為以赤道、北回歸線上某一點為觀測點，二分二至日太陽視運動路線圖，南半球反之）

二、 太陽視運動圖的判讀

1. 確定地平面上的方向

一般地面方向，我們用的是“十字架”的方向，即“上北下南、左西右東”。也可以根據(jù)二分日日出和日落的方向或二分二至正午時太陽的方向確定。

2. 晝夜長短比較

晝夜長短比較為地平面之上軌跡線與地平面之下軌跡線的比較，根據(jù)兩者各自所占的比例可確定觀察者當?shù)卮藭r的晝夜長短情況。當?shù)仄矫嬷宪壽E線大于地平面之下軌跡線時，晝長大于夜長；反之，晝長小于夜長；當二者相等時，晝長等于夜長。當太陽的周日視運動圈全部位于地平面上之，為極晝；反之，為極夜。

3. 太陽高度的變化可確定太陽直射點的緯度和時刻

太陽高度是太陽光線與當?shù)氐仄矫娴膴A角。一天之中太陽高度在不斷的變化（除兩極點外，兩極點的太陽高度一天之中是不變的，且等于當天太陽直射點的緯度）。太陽位于上中天時即一天之中太陽的最高點時是正午12點。太陽位于地平面時即太陽運動軌跡線與地平面東側交點為日出，西側為日落。太陽在下中天，即一天之中太陽的最低點是0點或24點。

4. 確定正午太陽高度的大小和方位

確定正午太陽高度的大小為正午太陽與地平面中心點的連線和地平面之間的夾角，正午太陽高度的大小的比較即為為該夾角的比較。

正午太陽高度的方位為正午太陽相對于當?shù)靥祉數(shù)姆较颉１被貧w線以北，正午看到太陽的方向一直在正南；北回歸線上，正午看太陽方向夏至日在頭頂上，最大太陽高度為90°，其他一直在正南；南北回歸線之間，正午看太陽方向有時在北，有時在南，最大的太陽高度為90°；南回歸線上，正午看太陽方向，冬至日在頭頂上，最大太陽高度為90°，其他一直在正北；南回歸線以南，正午看太陽方向一直在正北。

5. 根據(jù)日出日落方位，可以確定直射點的大致范圍和季節(jié)

北半球冬半年，太陽直射點在南半球，日出方位為東南方，緯度越高越接近正南。北半球出現(xiàn)極夜的最低緯度日出（12點）為正南，南半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日出（0點）為正南。日落方位為西南方，緯度越高越接近正南。北半球出現(xiàn)極夜的最低緯度日落（12點）正南，南半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日落（0點）正南。

北半球夏半年，太陽直射點在北半球，日出方位為東北方，緯度越高越接近正北。北半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日出（0點）為正北，南半球出現(xiàn)極夜的最低緯度日出（12點）為正北。日落方位為西北方，緯度越高越接近正北。北半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日落（0點）正北，南半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日落（12點）正北。

北半球春秋二分日，太陽直射點在赤道上，日出方位為正東方，日落方位為正西方。

6. 可根據(jù)二分二至正午太陽高度確定當?shù)氐牡乩砭暥?/p>

正午太陽高度= 90°-直射點和當?shù)氐木暥乳g隔。

7. 可根據(jù)二分二至當?shù)厝粘鋈章涞谋本r間（并非當?shù)氐胤綍r）可確定當?shù)氐慕?jīng)度

首先根據(jù)二分二至當?shù)厝粘鋈章涞谋本r間，利用公式：晝長＝日落時間-日出時間計算出當日當?shù)氐臅冮L；然后根據(jù)公式：日出=12-晝長/2或日落=12+計算出當?shù)厝粘龌蛉章涞牡胤綍r間；再根據(jù)當?shù)厝粘龌蛉章鋾r當?shù)貢r間與北京時間的差等于既當?shù)亟?jīng)度與120°E差，最后根據(jù)東加西減的原則即可求出當?shù)氐慕?jīng)度。

8. 根據(jù)太陽視運動軌跡可以判讀日影方向和長短

日影方向：與太陽位置相反，日影的長度與太陽高度成反比，極夜的地區(qū)無日影。半夜出現(xiàn)在極晝地區(qū)如果是北極點，日影始終朝南；如果是南極點，日影始終朝北。

總之，太陽升落方位、正午太陽方位、正午太陽高度、晝夜長短不是固定不變的，它因緯度而不同，隨季節(jié)而變化，它是太陽回歸運動在地面上的反映。只要掌握了太陽直射點在地面上的移動規(guī)律，太陽視運動變化規(guī)律便可迎刃而解。要掌握太陽視運動知識，還需要大家建立空間想象能力，并且多畫圖，多練習，在題目當中領會太陽視運動。（焦作市第四中學）