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中国古籍中的日出日落方向

因此,对于全球任意点来说,在二分日,春分,秋分南北半球都是正东日出,正西日落,昼夜平分;当太阳直射点在北半球移动时(春分到秋分),全球均为东偏北方向日出,西偏北方向日落;当太阳直射点在南半球移动时(秋分到次年春分),全球均为东偏南方向日出,西偏南日落。

所以,这就是现在所说答案“春分,秋分南北半球都是正东日出,正西日落。夏至,南北半球都是东北日出,西北日落。冬至,南北半球都是东南日出,西南日落。”来历呀!

查询资料的时候,很多说法比较矛盾,也不能说错,但是自相矛盾,反而让人更加糊涂了,因为侧重角度不同,只有当通过天文的“二分二至”来理解太阳日出日落方向,就非常易懂了,总是说多少度之类的话,一点也不利于理解!

这就是为什么中国会把天文地理连在一起说的原因。以后应该这么教知识才对,我们现在也同样很容易就能理解了,所以,古人很早就知道了日出日落方位的问题了!

《淮南子·天文训》:“日冬至,日出东南维,入西南维;至春秋分,日出东中,入西中;夏至,出东北维,入西北维,至则正南。”

四维即四角,如《广雅》所说,“维,隅也”。

也就是说,冬至日,太阳直射南回归线,我们看到的太阳在东南方升起,从西南方落下;春分与秋分的时候,太阳直射赤道,则正好是正东升正西落;夏至日,太阳直射北回归线,就会从东北方升起,落入西北方。

图 “赤道坐标系”地球观测冬至、春秋分、夏至图

如汉乐府民歌《陌上桑》:“日出东南隅,照我秦氏楼。秦氏有好女,自名为罗敷。罗敷喜蚕桑,采桑城南隅……”

为什么古代随便就能辨认方向,知道日出日落方向,而今天的我们却如此难记忆呢?!还不是把简单的问题复杂化了,要是都知道“二分二至”,知道二十四节气,并以此理解相关知识文化,还有谁能够不明白不理解的呢!

知道这些内容以后,与此相关的知识,真是太容易掌握了!实际上,圭表测日影,春秋分、冬夏至,在古代此时已经知道了东、西、南、北四个方向了,才能用来说明日出日落的方向,甚至是春秋分、冬夏至的日出日落方向!

所以,辨别方向的三种方法,1.指南针。2.观日出日落。3、晚上看北斗七星勺柄方向。我们以后能够根据二十四节气的时间,来大致判断日出日落的方向了。

不过,由于现在的钟表都是平太阳时,正午12点并不一定指向正南方,现在有说法可以通过手表正午12点来推断方向,但是现在都是近似值,与真实天象不符,造成局限性很大,不大合适。真太阳时的正午12点就能指向正南方了。

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日出日落与影子

在太阳光照射下,物体总是有影子的,《周髀算经》“日中立竿测影”,中国古代用圭表来测日影“辩方正位”,以及测定节气。

我们也可以根据“二分二至”来判断太阳直射点移动与物体影子指向的关系:物体影子方位的判断,主要是判断物体与太阳直射点之间的相互位置。

1.日出日落物体影子方位的判断,与一年中日出日落方位有关。

(1)二分时,日出时物影朝向正西,日落时,物影朝向正东;

(2)春分到秋分,日出时物影朝向西偏南方向,日落时,物影朝向东偏南方向;

(3)秋分到次年春分,日出时物影朝向西偏北方向,日落时,物影朝向东偏北方向。

也就是说:

直射点以北地区:正午太阳在正南方向;物体影子指向北方。

直射点以南地区:正午太阳在正北方向;物体影子指向南方。

即:

①北回归线以北:正午太阳终年在正南方向;物体影子指向北方。

②南回归线以南:正午太阳终年在正北方向;物体影子指向南方。

③南北回归线之间:太阳直射点在某地南侧,正午太阳在其正南方向;太阳直射点在某地北侧,正午太阳在其正北方向。

在北回归线以北地区而言,全年正午物体影子始终向北,在南北回归线之间的地区,全年正午物体影子有时向北,有时向南,当太阳直射时则影子消失。

这与二分二至时,太阳光直射移动方向一致,从夏至到冬至,也是从北半球到南半球移动的过程,日出日落方向则与物影方向相反。

“二分二至”日影朝向

在一天之内,物体影子在日出和日落时最长,在正午时最短,甚至影子消失。

在一年之中,正午时物体的影子的长短变化情况则要视当地纬度而定。

(1)北半球所有地点,正午物体的影子都是在冬至日时最长。

(2)北回归线以北地区,正午物体的影子都是在夏至日时最短。

(3)在赤道和北回归线之间的地区,正午物体的影子都是当太阳直射该地区所在纬线时影子消失,  

在赤道地区,“二分二至”日日影朝向,一年四季太阳都是垂直升起而又垂直落下,且太阳升落方位的纬度就是太阳直射的纬度:

春秋分,正东日出,正西日落,日影相反,正午太阳方位为90°,无日影;

夏至,东北日出,西北日落,日影相反,正午太阳方位正北66°34′,北回归线处与太阳方位,即与黄赤交角互余;

冬至,东南日出,西南日落,日影相反,正午太阳方位正南66°34′,南回归线处与太阳方位,即与黄赤交角互余。

北半球部分:

北极圈“二至二分”日日影的朝向,纬度越高,太阳升落的方位偏移正东的角度越大:

春秋分,正东日出,正西日落,日影相反,正午太阳方位正南23°26′,日影正北,只有东、西、北三个方向,太阳方位与黄赤交角相同;

夏至,正北日出,正北日落,日影相反,正午太阳方位正南46°52′,日影正北,只有南北两个方向;

冬至,极夜无日出日落。

北极点“二分二至”日日影的朝向,在极昼期间,北极点上,由于太阳周日视平圈始终平行于地平圈,在一天中太阳高度没有变化,始终等于该日太阳直射点的纬度,太阳只有方位变化而无升落,因而不存在升落方位问题。

在春秋分日,极点昼夜平分,此时太阳高度为0°,刚好没入地平圈。

春秋分,正南日出,正南日落,日影正南,正午太阳方位正南0°,日影正南,永远正南方向;

夏至,无日出日落,日影正南,正午太阳方位正南23°26′,日影正南;

冬至,极夜无日出日落。

北极点极昼期正午日影都朝向正南,南极点极昼期正午日影都朝向正北。因为北极点的方向只有一个南,因为南极点的方向只有一个北!日影都如此。

南北极点上,太阳高度在一天中是不变的(即太阳周日视运动轨迹总是与极点的地平圈平行),太阳在一天中没有明显的升起和落下。

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白夜与极昼、极夜的关系

1、纬度分布

白夜奇景出现在纬度48.5º以上的高纬度地区。

现用等太阳高度线的方法分析如下:白天的太阳高度为正值,晨昏线上太阳高度为0º,那么夜晚的太阳高度在地平线以下,为负值。昼半球的等太阳高度线是以太阳直射点为中心、向外呈太阳高度递减的同心圆。那么,夜半球的等太阳高度线是以太阳直射点的对趾点为中心,向外呈太阳高度递增的同心圆。

夏至日48.5ºN是白夜发生的最低纬度,纬度高于48.5ºN的地方,便没有真正的黑夜;到了北极圈(66.5ºN)及以北地区,就成为极昼了。

同理,在南、北极圈以内的地区,当子夜的太阳高度小于“0º”大于等于“-18º”时,即太阳仍位于地平线以下,虽然不是极昼现象,但已处于晨昏朦影区,同样为白夜。

所以,在纬度分布上,白夜主要出现在极昼区的外围地区(从极昼区的最低纬度向低纬方向延伸18个纬度的地带)。

2、季节变化

北纬48.5º~66.5º之间的地区,白夜出现在夏至日前后;南纬48.5°~66.5°之间的地区,白夜出现在冬至日前后。南北极圈以内的地区,白夜出现在当地极昼期的前后阶段,分别长达二个月左右。

在极圈以外,纬度越高,白夜出现的天数越多,天空也越亮。在南、北纬50º处,白夜可持续一个半月。我国黑龙江漠河地区地处北纬53º,每年出现白夜约为74天。在极圈以内,除极昼现象外,白夜的时间皆长达4个月左右。

三、白夜与极昼、极夜的关系

白夜是大气折射和散射等光学作用导致的夜晚天空明亮的现象,即天空通宵处于晨昏朦影状态。极昼是出现在极圈范围内的一种“太阳终日不落”的现象;极夜则相反,是出现在极圈范围内的一种“终日不见太阳”的现象。白夜与极昼、极夜三者之间存在着一定的区别与联系。

晨昏蒙影是由大气反射和折射引起的,是晨光始和昏影终的总称,按不同的需要,晨昏蒙影分为三级,它们是民用晨昏蒙影、航海晨昏蒙影和天文晨昏蒙影,其晨光始(发生在早晨就是晨光始)和昏影终(发生在晚上就是昏影终)的太阳中心分别在地平以下6°、12°、18°。

1、白夜与极昼

白夜与极昼的关系紧密,在某种角度上,可以说白夜是极昼的“副产品”或“衍生物”,在极昼区的外围一定有白夜现象,在极昼期的前后也一定有白夜现象,且都主要发生在夏半年。但二者也有一些差异。

(1)在现象上:极昼是太阳处于地平线之上,是一种“太阳不落”或是“太阳终日在地平线上兜圈子”的现象。白夜是太阳虽处于地平线以下,但“夜空仍然明亮”的现象。

(2)在光源上:极昼时的光照是太阳在地平线之上发出来的“本光”,因为这是在“白天”。白夜时虽然天空仍然明亮,但毕竟是大气的折射和散射光,处于“朦影状态”。所以,在亮度上,两者是不一样的。

(3)在纬度分布上:极昼只出现在南、北极圈以内,范围较小。白夜既可以出现在极圈内,也可以发生在极圈外,理论上处于极昼区的外围,其发生范围可以由南、北极点外延至南、北纬48.5º的地带,范围较大;纬度越高,亮度越亮,白夜持续期也越长。

(4)在季节变化上:北极圈内的极昼只出现在夏至日前后,南极圈内的极昼只出现在冬至日前后,极昼期的长短随着纬度而变化——纬度越高,极昼的持续期也越长。南、北极圈内的白夜总是出现在极昼期前后,持续期皆为4个月左右;极圈外的白夜,北半球发生在夏至日前后,南半球则发生在冬至日前后,纬度越高,亮度越亮,持续期也越长。

2、白夜与极夜

白夜与极夜的差异较大。除分布的纬度范围大小等差异外,在现象上,白夜为天空不黑,极夜是天空不白(亮);在纬度分布上,北极地区为极夜时,白夜则主要分布在南半球;在发生季节上,白夜主要出现在夏半年,极夜则主要出现在冬半年。以上几方面,白夜与极夜几乎都是相反的,但二者也有内在的联系。

(1)对象一致:白夜和极夜都是对天空明亮程度的反映,都发生在夜半球,只不过极夜为全天皆处于夜半球。

(2)现象共生:极夜时也有天空不黑的情况,即有白夜现象。极夜区虽然整天不见太阳,但在当地的正午时分,当太阳光在地平线下的角度小于或等于18°时,便出现白夜现象。

所以,在纬度分布上,极夜时的白夜主要出现在极夜区的内围地区(从极夜区的最低纬度向高纬方向延伸18个纬度的地带)。

其中南、北纬66.5º~84.5º之间的地区,白夜只出现在当地冬至日前后白天的正午前后,且纬度越高,白夜出现的天数越多,持续的时刻越长,但天空越来越暗。

南、北纬84.5º至南、北极点之间的地区,白夜出现在当地真正黑夜的前后阶段,白夜出现的天数分别长达二个月左右;随纬度增加或接近当地冬至日时,每次持续的时刻也越来越长,甚至整天皆为白夜。

至南北两极,理论上长达半年的极夜期间,实际上大部分时间为连续的白夜,长达四个月左右;那里真正的黑夜,每年只有二个月左右。

高纬地区一年中有两类白夜,一类发生在夏半年,一类发生在冬半年,分别与极昼和极夜现象相关。

图 高纬地区一年中有两类白夜,一类发生在夏半年,一类发生在冬半年,分别与极昼和极夜现象相关

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换句话说,昼夜交替,从赤道处至南北极端,白昼时间或黑夜时间是反复增加、衰减的过程,表示如下:

以北半球为例。

南北回归线之间,赤道处:终年昼夜平分

春分日,全球昼夜平分;

从 春分日 到 夏至日 ,若从赤道处开始至北极点,白昼时间逐渐增加,黑夜时间衰减,太阳在北半球,夏至日白昼最长,北极点为极昼。

北半球在出现白夜的地区从纬度48°34′起,纬度越高白夜出现的时期越长,天空也越亮。到了北极圈(66°34′)以后,就成为极昼;

从 夏至日 到 秋分日 ,若从北极点开始至赤道处,白昼时间逐渐衰减,黑夜时间增加,太阳在北半球。直到秋分日再次恢复为昼夜平分。

秋分日,全球昼夜平分;

从 秋分日 到 冬至日 ,若从赤道处开始至南极点,黑夜时间逐渐增加,白昼时间逐渐衰减,太阳在南半球,冬至日黑夜时间最长,北极点为极夜。

北半球在出现白夜的地区从纬度48°34′起,纬度越高白夜出现的时期越长,天空也越暗。到了北极圈(66°34′)以后,就成为极夜;

从 冬至日 到 春分日 ,若从南极点开始到赤道处,黑夜时间逐渐衰减,白昼时间逐渐增加,太阳在南半球逐渐移动到北半球,直到春分日恢复为昼夜平分。

白夜是以天文晨昏蒙影为标准来界定的。这样界定的白夜,出现的最低纬度是48°34′S、N,各纬度白夜持续的时间大致是:在48°34′S、N纬线圈上,每年只有夏至这一天才出现白夜现象;在50°S、N,白夜持续时间大约接近一个半月;在56°S、N,白夜持续时间超过三个月;在南北两极,每年大约有半年的时间是极夜,而极夜期间的大部分时间是白夜,真正的黑夜每年只有两个月左右,即在极点上每年大约有四个多月的时间是白夜。

这种太阳在一年当中二十四节气里从北到南的视运动轨迹现象,在天空和地上就是如下形态:

天空中看到的是类似“8”的日行迹

如果要在地球上同一个地点一年里每天同一时间观测太阳的话,看到的太阳运行轨迹是这样的。

图 如果要在地球上同一个地点一年里每天同一时间观测太阳的话,类似“8”的日行迹。

在不同纬度上拍摄的日行迹照片会有差异;不同时刻拍摄的日行迹照片也不一样。

太阳位置的变动起因于当地球绕日运行时地球自转轴相对于绕日轨道平面是倾斜的。夏天时,太阳会出现在日行迹的至高点,到了冬天,太阳就降到日行迹的最低点。而在不同纬度上制造出的日行迹会呈现些微的差异,每天不同时段制作出的日行迹也不一样。

此外,这种倾斜还会造成一年中每天的日长并不相等:春分、秋分前后的日长较短;而冬至夏至前后的日长较长。再者,由于地球轨道为椭圆,也会造成日长的变化。这就使得一年当中太阳有东西向的循环移动。注意!这里不是指每天太阳的东升西落,而是说每天同一时刻太阳在天空的位置有东西向的变化。

地上会看到二十四节气太极图

在地上用圭表测一年二十四节气日影后会得到太极图。

图 圭表(定表+游表)原理示意图

最后得到下图:

图 天空“8”的日行迹+地上日影“太极图”

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