巧用虛擬天文館軟件Stellarium演示太陽周日視運動軌跡

福建師范大學地理科學學院（350007） 賀志康

在高中地理必修1[1]《地球的運動》這一節中，晝夜交替與正午太陽高度角的變化兩部分內容都涉及到一個知識點即太陽的周日運動。2012年安徽高考文綜選擇題第30題的正確解答就需要先確定太陽的方位，相類似的題目也比較常見，但鑒于平時疏于觀察與空間思維能力有限等原因，大部分學生對這個知識點感覺很困難，難以理解與掌握?？梢哉f，太陽周日視運動既是重點，也是難點。通過虛擬天文館軟件Stellarium模擬太陽周日視運動，演示其運動軌跡，形象而又生動，有助于學生從感性認識向理性認識的轉變，利于學生對太陽周日視運動的理解。

一、虛擬天文館軟件簡介

虛擬天文館軟件Stellarium是一款免費的虛擬星象儀的計算機軟件。它使用OpenGL對星空進行實時渲染，在電腦桌面上生成一塊虛擬3D天空，所模擬的星空效果與用肉眼，望遠鏡或者天文望遠鏡進行實際觀察所看到的星空基本沒有什么區別，形象逼真。它可以根據觀測者所在的地方時和位置，計算天空中太陽、月球、行星和恒星的位置，并將其顯示出來。它還可以繪制星座、虛擬天文現象（如日食、月食和流星雨等)。總之，Stellarium是一款功能極其強大的軟件，深受廣大天文愛好者的喜歡，對地理教師的教學也很有用。

二、部分操作按鍵

Stellarium提供了較多的鍵盤操作指令，版本更新很快?，F在以Stellarium 0.12.1為例，將部分可能與演示操作有關的按鍵列出（如表1），剩余部分的操作指令，讀者如有興趣，打開軟件后，按F1鍵進一步了解。

表1 操作按鍵說明

三、演示過程

下載安裝完Stellarium后，打開軟件，此時如果顯示為英文，則按F2鍵，出現一個界面，點擊中間的下拉菜單進行語言設置，將語言設置為簡體中文。軟件初始設置地點為法國巴黎，時間是與電腦時間同步。

以北京為例，來演示當地2013年6月1日的太陽周日視運動軌跡。按F6鍵，則會出現一個界面，在這個界面的右上角的下拉菜單中尋找“北京”，或者先通過其他途徑找到北京的經緯度，再在該界面的左下角輸入北京的經緯度數值。北京的經緯度為東經116.46°，北緯39.92°。然后按住左鍵，拉動畫面，找到“東”方向。若找不到，按Q鍵。同時按Z鍵，此時畫面會顯示地平坐標網絡。接著找到太陽，單擊鼠標左鍵，將太陽選中，此時畫面左上角會出現與太陽相關的天文參數，如太陽的星等、赤經與赤緯、時角與赤緯等，特別要關注參數中的視覺方位角和高度角。再接著按F5鍵，將時間設置為2013年6月1日4時整，最好是將時間設置在太陽升起之前，目的是為了將太陽的周日視運動看得更加完整。最后按L鍵，加快時間流逝。時間流逝的速度與按L鍵的次數有關，根據實際需要確定。按住左鍵，隨著太陽的升落，拉動畫面，讓學生觀察太陽這一日的運行軌跡，同時用筆記下太陽視覺高度角為0時的兩個時間和方位角，12時的太陽視覺高度角以及太陽視覺高度角最大時的時間。演示一遍完后，按F5鍵將時間回調，重復幾次，讓學生多看幾遍，在具體形象的演示過程中，從感性角度來理解太陽周日視運動軌跡。以下是截取的幾幅圖片：

圖1 太陽視覺高度角為0（日出）

圖2 8:00太陽視覺高度角

圖3 12:00太陽視覺高度角

圖4 最大太陽視覺高度角

圖5 16:00太陽視覺高度角

圖6 太陽視覺高度角為0（日落）

把學生記下的相關數據，制成一個表格（如表2）。通過這個表格，在課堂上可以生成許多相關知識，比如可以讓學生復習晝夜的概念，計算晝夜長短；也可以向學生提問，為何12:00時太陽視覺高度角不是最大，讓學生分析原因，區分北京時間與北京的時間，復習區時與地方時的內容；還可以讓學生知道太陽日出日落的方向，指導他們畫太陽周日視運動軌跡的立體圖。

表2 2013年6月1日北京部分時刻太陽視覺方位角和高度角

以上操作選定的日期是隨機的，可以通過按F5鍵修改為任意日期，來觀看同一地點不同日期的太陽周日視運動軌跡，比如可以將日期設置為春分，夏至，秋分或冬至等，讓學生注意不同時期的太陽日出日落時間和方向以及最大視覺高度角。當然也可以按F6鍵修改觀察地點，來觀看同一日期不同地點的太陽周日視運動軌跡，比如可以將地點設置為赤道，南（北）極圈或南（北）極點等，克服地域限制，感受不同地點的太陽周日視運動軌跡，理解某些特殊位置的太陽周日運動軌跡，如北極點在夏至日那天的太陽視運動軌跡。

四、結語

通過運用Stellarium模擬太陽周日運動，觀察其周日視運動軌跡，突破了時間和地點的限制，讓學生在感性認識上對太陽周日運動有所了解，為后面進行的理性認識做鋪墊。在演示過程中，學生認真觀察，記下相關數據，將數據列為表格，老師提出相應問題，指導學生畫圖，這有利于培養學生的觀察、空間思維、分析問題和動手能力。

[1]課程教材研究所, 地理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書地理1（必修） [M].北京: 人民教育出版社, 2008．