太阳周日视运动轨迹的绘制及计算

2016-05-30王安周洛阳市第十九中学河南洛阳471000

地理教学 2016年10期

王安周（洛阳市第十九中学, 河南洛阳 471000）

太阳周日视运动轨迹的绘制及计算

王安周
（洛阳市第十九中学, 河南洛阳 471000）

本刊在2015年第17期发表“日出日落时间和方位的计算及太阳周日视运动轨迹示意图的制作方法”[1]，经过仔细阅读发现一些值得商榷的地方，比如日出太阳方位计算公式、赤道上日出方位、太阳周日视运动轨迹的绘制等。以地面观测者为中心，太阳“东升西落”，24小时绕地轴并随天球旋转一周，其在天球上运行的轨迹称为太阳周日视运动（简称太阳周日圈）。借助天球坐标体系，对其构成要素、特点和绘制方法进行量化分析，实现了对其运动轨迹路径图的准确绘制。

一、太阳周日视运动轨迹探究

地球仪地轴水平横放，固定粉笔垂直放于地球仪表面，拨动地球仪自转一周，记录留下痕迹；多次重复上述操作且更换粉笔颜色，观察留下的笔迹。表明地球仅自转，不同季节太阳直射点运动轨迹均为平行于纬线圈的一系列圆圈，范围介于南北回归线之间（见图1）。

图1　仅自转太阳直射点运动轨迹

图2　太阳周日视运动在天球上的投影

地心天球是以地球球心为中心，以无限大为半径，内表面分布着各种各样天体的假想球体。为了研究方便，引入天球坐标体系，地球的地轴无限延伸与天球交点，分别为北天极和南天极，地球的赤道平面无限伸延与天球交线，就是天赤道[2]。若以地面观察者为中心，观测者和太阳连线无限延长与天球的交点，若把一太阳日内这些交点用平滑曲线连接起来，就是太阳周日视运动的轨迹，其实质上就是一天中太阳直射点移动轨迹在天球上投影（见图2）。

二、太阳周日视运动构成要素

图3

为了准确描绘太阳视运动的轨迹，假设观察点所在纬度为φ，太阳直射点所在纬度为δ，天球半径为R，在图2基础上绘制图3a、3b、3c。图3a表示北纬φ的地平圈上二分二至日太阳视运动轨迹分布图。图3b为图3a的侧视结构图，可以揭示不同季节太阳视运动在天球中的位置。图3c为太阳视运动轨迹在地平圈上的立体图，更加清晰表示不同季节太阳在天球中的位置。根据图3中信息，对太阳周日视运动的构成要素及其特点进行详细分析。

1.平行：由图3a可知，在天球坐标系中，不同季节的太阳周日视运动圈都平行于天赤道，因此，相对于同一地平圈而言，太阳周日视运动轨道面都相互平行[3]。