太陽周日視運動軌跡的繪制及計算

2016-05-30 07:57:02王安周洛陽市第十九中學河南洛陽471000

地理教學 2016年10期

王安周（洛陽市第十九中學, 河南洛陽 471000）

太陽周日視運動軌跡的繪制及計算

王安周
（洛陽市第十九中學, 河南洛陽 471000）

本刊在2015年第17期發表“日出日落時間和方位的計算及太陽周日視運動軌跡示意圖的制作方法”[1]，經過仔細閱讀發現一些值得商榷的地方，比如日出太陽方位計算公式、赤道上日出方位、太陽周日視運動軌跡的繪制等。以地面觀測者為中心，太陽“東升西落”，24小時繞地軸并隨天球旋轉一周，其在天球上運行的軌跡稱為太陽周日視運動（簡稱太陽周日圈）。借助天球坐標體系，對其構成要素、特點和繪制方法進行量化分析，實現了對其運動軌跡路徑圖的準確繪制。

一、太陽周日視運動軌跡探究

地球儀地軸水平橫放，固定粉筆垂直放于地球儀表面，撥動地球儀自轉一周，記錄留下痕跡；多次重復上述操作且更換粉筆顏色，觀察留下的筆跡。表明地球僅自轉，不同季節太陽直射點運動軌跡均為平行于緯線圈的一系列圓圈，范圍介于南北回歸線之間（見圖1）。

圖1　僅自轉太陽直射點運動軌跡

圖2　太陽周日視運動在天球上的投影

地心天球是以地球球心為中心，以無限大為半徑，內表面分布著各種各樣天體的假想球體。為了研究方便，引入天球坐標體系，地球的地軸無限延伸與天球交點，分別為北天極和南天極，地球的赤道平面無限伸延與天球交線，就是天赤道[2]。若以地面觀察者為中心，觀測者和太陽連線無限延長與天球的交點，若把一太陽日內這些交點用平滑曲線連接起來，就是太陽周日視運動的軌跡，其實質上就是一天中太陽直射點移動軌跡在天球上投影（見圖2）。

二、太陽周日視運動構成要素

圖3

為了準確描繪太陽視運動的軌跡，假設觀察點所在緯度為φ，太陽直射點所在緯度為δ，天球半徑為R，在圖2基礎上繪制圖3a、3b、3c。圖3a表示北緯φ的地平圈上二分二至日太陽視運動軌跡分布圖。圖3b為圖3a的側視結構圖，可以揭示不同季節太陽視運動在天球中的位置。圖3c為太陽視運動軌跡在地平圈上的立體圖，更加清晰表示不同季節太陽在天球中的位置。根據圖3中信息，對太陽周日視運動的構成要素及其特點進行詳細分析。

1.平行：由圖3a可知，在天球坐標系中，不同季節的太陽周日視運動圈都平行于天赤道，因此，相對于同一地平圈而言，太陽周日視運動軌道面都相互平行[3]。