在白天有多长活动中，我们侧重研究了地球上不同地方为何白昼时间长短也不相同。我们也看了全年中日出日落时间是如何变化的。  我们先看一下北半球全年白昼最短的一天（12 月 21 日）的日出和日落。大约在赤道以北约 40 度（例如，接近地中海的地方、美国的中部或黄海），日出大约在上午 7:40，日落大约在 16:55。这使该纬度的白昼总时间长为 9 小时 15 分。
您可能会以为这种短暂的白昼是由日出最晚而日落最早引起的。然而，这并不是真正的原因！令人惊讶的是，最晚的日出出现在 1 月 4 日，大约在上午 7:43，最早的日落出现在 12 月 7 日，大约在 16:52。那么，真正的原因是什么呢？ 有两个因素导致了这一奇怪现象。一个因素是地球旋转轴的倾斜。另一个因素是地球围绕太阳旋转的轨道并不是圆形。相反，有点椭圆形或卵形。这两个因素一起作用就使得全年中太阳的视轨迹发生变化。而这一变化就会产生上述提及的令人惊讶的现象。 如果您可以每天在相同的时刻标记出太阳在天空中的位置，结果会如何呢？您可能会认为每天在相同的时刻太阳在天空中的位置也是相同的。如果地球不是倾斜的并且地球的轨道是个完美的圆形，那么可能会这样。但正如我们了解的，情况并非如此。让我们仔细看看轴的倾斜和轨道的形状。 如果从地表某一特定位置观看，地球的倾斜可以改变全年中太阳出现在天空中的高度。您在北半球的某一位置进行观察时，12 月的中午太阳在天空中处于其最低位置，而在 6 月的中午，太阳在天空中处于最高位置（如图表中所示）。 如果在南半球，情况正好相反。赤道以北或以南至少 20 度的纬度位置，全年内的垂直运动相当明显。 | |  | 如果在每天的同一时间进行观看，地球的倾斜也会对全年中太阳的水平位置产生影响。首先，我们看一下在通常的一天中太阳在天空中的轨迹。此处图表显示从北半球的某一位置所观察到的太阳的运动。 这个明显运动是由地球的旋转造成的。对于任何日子，中午时太阳在天空中所处的位置都是最高的。 | |  | 地球的倾斜使太阳几乎在全年的所有日子（仅几天除外）都在当地时间 12:00 之前或之后到达中午位置（即当天在天空中的最高位置）。例如，在北半球的 12 月和 3 月之间以及 6 月和 9 月之间，太阳会在当地中午几分钟之前达到其天空中的中午位置。 | 这就意味着在 12:00 太阳还没有到达在 6 月或 12 月的相同时段太阳在天空中所达到的中午位置。这些 12:00 的太阳位置显示在下图。相同地，在 3 月到 6 月之间和 9 月到 12 月之间，太阳在当地中午之后到达其最高位置。 在本图或下图中，对水平距离进行了放大，以便您可以清晰地看到高亮显示的效果。在实际的天空中，水平距离并没有这样夸张。但是，还是清晰可见的。您能够在本图中描绘出太阳在全年之中的一般轨迹吗？如何描述轨迹的形状？ | |  | 地球的轨道近似圆形，但是实际上是椭圆形（卵形），这样的形状足以导致地球的轨道速度在全年中发生变化。速度的变化会影响太阳在天空中位置。地球在 1 月份离太阳最近。在 10 月到次年 2 月这段时间，地球的轨道速度比一年中的其他时间都要快。 | 与仅由地球倾斜造成的太阳到达其中午位置的时间相比，速度的增加会使太阳在 1 月份更早地到达其天空中的中午位置，而在 9 月份更晚地到达其中午位置。在一年中的其他月份，即使地球的轨道速度较缓慢，也可以观测到相似的效果。 此图中，浅色部分是仅由地球倾斜而导致的太阳位置。深色部分则同时考虑了倾斜和速度变化（由于轨道形状而致）的影响。 | |  | 当我们以图形的形式观看时，就更容易理解倾斜和略微椭圆的轨道所产生的效果了。沿着全年中太阳的视位置（每天在相同时刻、相同位置观察）描绘，可以看出太阳在天空中的轨迹形状像数字 8。该看不见的轨迹叫做日行迹。日行迹的高度是由于地球的倾斜导致的，其宽度是由于地球的倾斜和其轨道的椭圆形特点共同引起的。 您可以在希腊雅典业余天文学家 Anthony Ayiomamitis 拍摄的著名照片中查看日行迹的形状。一年中，他将自己的照相机固定在同一位置处，在相同的地点以及一天中相同的时刻 (12:18)，大约每周拍摄一次太阳的照片。如果一天当中，他拍摄照片的时间较早，日行迹就会向左侧倾斜。 该图片的顶部显示的是 6 月份和 7 月份中太阳的位置，而在 12 月份和 1 月份的位置显示在底部。 地球倾斜和轨道形状的综合效果产生了日行迹，而日行迹反过来帮助我们理解为何最早的日出出现在 12 月初而最晚的日落出现在 1 月初。北半球早晨的日行迹（通过在每个早晨相同的时刻观察太阳的位置而得出）向左倾斜而傍晚的日行迹向右倾斜。该John Holtz 的网站详细列出了较晚日出/较早日落的图表。这些图表处于网页底部，因此您必须向下滚动以进行查看。 | | 附带说明 如果您居住在北半球，您可能会好奇，为什么 12 月份和 1 月份时地球离太阳最近，而室外温度却较低。事实上，与太阳距离的变化并不足以对温度产生很大影响，很多人了解到这一点时都感到非常惊讶。地球的倾斜才是温度变化的主要原因。有关详细信息，请查阅 Windows to the Universe 网站。 | | 您有兴趣找出您居住地的日行迹图吗？其实这并不难。无需使用照相机，利用反射光或普通影子即可。由于这个项目需要花费一年的时间，因此您可能会发现在室内进行更容易些。这也取决于您当地的气候，如果您居住地全年不出现大量雨或雪，您可能希望选择在室外进行工作。我们建议您读完这两个项目的说明，然后决定哪种方案更适合您所处的特定气候和环境。 回顾一下室内项目和室外项目的说明，然后开始进行绘制您当地的日行迹图。 | 
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