冬至白天长还是夜晚长(冬至与白天长夜晚长)
冬至白天短夜晚长。冬至是一年中太阳直射南回归线的时刻,也是北半球一年中白天最短的日子。在冬至这天,太阳的高度最低,直射点位于南回归线上,因此北半球的白天时间最短。而夜晚则相应地变得更长。由于地球自转轨道的倾斜,北半球在冬至时离太阳更远,导致阳光照射面积减小,白天时间变短。因此,可以明确地说,冬至白天短夜晚长。
冬至白天长还是夜晚长
图1地球的自转与公转
图2日行迹
说明:如果你在每天同一时间为太阳拍一张,请问太阳的位置会保持不变吗?答案是不会,而太阳在一年当中所经过的路线形状就叫做日行迹(emma)。太阳位置的变动起因于当地球绕日运行时地球自转轴的倾斜。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,如同在每天的不同时段制作出的日行迹也会不一样。左图的日行迹是用太阳摄影术建立起来的,从1998年八月拍到1999年八月,花了整整一年的时间于乌克兰拍摄而成,前景照则是于1999年七月的傍晚在同一位置拍摄的。
正如你所见,日行迹有着一种复杂而奇特的“8”字形状,但我们今天讨论的重点是太阳每天的偏移方向。如果太阳主要是向北或向南偏移(从地面上观察就是远离或靠近地平线),那么白昼时间就会有较大幅度的变化;反之,如果太阳主要是向东或向西偏移(与北边地平线平行),那么白昼时间就不会有太大变化,因为此期间太阳的最高高度与前一天基本相同(太阳的最高高度越高,太阳“走过”的路程越长,白天时间就会更长;反之,最高高度越低,太阳“走过”的路程就越短,白天时间也会更短)。
所以为了回答你的问题,你所要做的就是观察两至点期间的日行迹形状(当太阳离地平线最远或最近时,即图2中的左上角和右下角)。正如你所见,此时曲线变得平坦,在两至点附近的日子太阳的位置大致以东西方向偏移(请注意,图片中“太阳们”之间的间距远远大于太阳每天偏移的距离——因为并没有把365天的太阳都照进这张里,不然那样的话日行迹只要看太阳就好了!!)。又因为太阳主要是东西方向偏移(即这几日太阳最高高度基本不变),所以白天时间长度不会有什么变化。
如果仔细想想,你就会明白,无论日行迹的确切形状为何,两至点几乎都会出现这个现象。根据定义,两至点是太阳直射的地球纬度是其能够抵达的最南(南回归线)或最北(北回归线)的极值的日子,所以如果太阳还能过继续向北或向南偏移,那么那天就不能算是两至点。唯一能避免两至日附近每天的白昼时间的变化速率不变慢,是在日行迹的两至点两端必须都要有一个尖锐的“尖峰”。但如果你考虑到实际情况(地球绕行太阳的公转轨道),你就会明白不可能出现“尖峰”。因为地球在十分平稳的轨道上运行,没有任何剧烈快速的变化,所以我们也可以预料到日行迹的形状也应该是十分光滑的。
地球仪上的日行迹,摄于维也纳地球仪博物馆。
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