◎文圖 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 郭紅鋒
太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)模型
◎文圖 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 郭紅鋒
同學(xué)們,以前我們給大家介紹過(guò)天體的視運(yùn)動(dòng),你還記得嗎?天體的視運(yùn)動(dòng)就是用眼睛看到的天體的運(yùn)動(dòng),這些運(yùn)動(dòng)主要是由地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)引起的。今天,我們要給大家介紹的是太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)。由于地球每天自西向東自轉(zhuǎn)一周,就造成了太陽(yáng)每天早上從東方升起,晚上又從西方落下的自然現(xiàn)象,這就是太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)啦!
太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡,與恒星視運(yùn)動(dòng)軌跡一樣,也是垂直于地軸的圈。但這個(gè)圈每天都在變化,像螺旋線一樣。就正午太陽(yáng)高度而言,冬至最低,然后一天天高起來(lái),直到夏至達(dá)到最高。之后再一天天低下來(lái),直到冬至達(dá)到最低。同樣地,日出日落的位置也是在冬至達(dá)到最偏南,夏至達(dá)到最偏北,這樣周而復(fù)始地變化。
以北京地區(qū)為例(北回歸線以北,北緯40o),太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡變化見(jiàn)圖1。

圖1 北京太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡變化示意圖
此外,我們也可以在天文館里看到不同緯度地區(qū)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡變化模型,見(jiàn)圖2。

圖2 北京天文臺(tái)展廳不同緯度地區(qū)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡變化模型
不過(guò),要知道天空是立體的,光靠想象或看平面的照片還不能使我們頭腦里有很清楚的印象。但是,我們可以仿照天文館里的不同緯度地區(qū)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡變化模型,自己動(dòng)手做一個(gè)簡(jiǎn)單的模型,它不僅可以活動(dòng),而且可以很方便地模擬不同緯度地區(qū)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化。這樣的模型可以幫助我們理解每天看到的太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng),還能幫助我們理解地球的真運(yùn)動(dòng)呢!
怎么樣?讓我們開(kāi)始動(dòng)手實(shí)踐吧!
1. 一個(gè)淡顏色(最好透明)的氣球;
2. 線、水彩筆;
3. 簡(jiǎn)易打氣筒;
4. 10厘米寬、40厘米長(zhǎng)的硬紙板。
用硬紙板做一個(gè)紙環(huán),便于安放氣球。
用簡(jiǎn)易打氣筒把氣球打足氣(或吹氣)使氣球形狀近似球形(圖3)。

圖3 吹成球形的氣球
用紅色彩筆在氣球的半球位置涂一圈,用粉色水彩筆在氣球半球位置的兩邊各涂一圈(圖4);把涂好的氣球放在紙環(huán)上,變換不同方向可以模擬不同地理緯度區(qū)域的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡變化。例如圖4可以模擬南北極區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化,圖5可以模擬中緯度地區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化,圖6可以模擬赤道地區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化。

圖4 模擬南北極區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化

圖5 模擬中緯度地區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化

圖6 模擬赤道地區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化
太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的變化模型實(shí)物見(jiàn)圖7、圖8、圖9。

圖7 南北極區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡

圖8 中緯度地區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡

圖9 赤道地區(qū)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡