太阳与日照
今天几点日出、几点日落?从定义到实地观测
简明解读
日出和日落通常指太阳圆面的上边缘接触理想地平线的时刻。大气折射会把太阳的视位置抬高,因此在几何位置仍低于地平线时,我们已经可能看到太阳。具体时刻取决于纬度、经度、日期和时区。Apphemeride 可免费显示当前 GPS 地点的日出日落及相应方位。
“日出”究竟以什么为准
日常所说的日出,是第一缕阳光越过地平线的瞬间。计算则需要一致的标准:以太阳圆面的上边缘接触理想地平线为准。这里的地平线是一条不考虑山峰、楼房和树木的理想基准,而不是你眼前地形的轮廓。
两个因素使这个时刻提前。太阳有大小,视半径约为16角分;当上边缘刚到地平线时,中心仍在下方。与此同时,地球大气折射光线,近地平处的标准折射量约为34角分,略大于太阳的一个视直径。两者相加,太阳中心的几何高度约为−0.833°时,就达到通常采用的日出日落条件。
这个数值是一种标准模型。它使天文年历与计算软件可以使用同一基准,并不意味着每天的真实大气状态都完全相同。
哪些因素决定钟表上的时刻
- 纬度: 决定太阳日周运动轨迹与地平线相交的角度,以及轨迹在地平线上方的长度。离赤道越远,白昼长度的季节差异通常越大。
- 日期: 太阳赤纬随季节改变,六月至日前后约为+23.4°,十二月至日前后约为−23.4°,日周轨迹也随之南北移动。
- 经度: 在同一时区,东边通常比西边更早迎来太阳。经度每差1°,相应的地方太阳时约差4分钟。因此,同用北京时间的上海与中国西部城市,太阳到达同一日周位置的钟表时刻可能相差很大。
- 时区和夏令时: 改变的是钟表标记,不是太阳的实际运动。规划旅行时应以目的地当日采用的时区为准。
此外还有均时差:真太阳时与平太阳时并不始终一致,一年中可相差十几分钟。因此,日出与日落一般不会恰好围绕钟表12点对称。
日弧为什么随纬度和季节改变
在一天的近似模型中,太阳沿着与天赤道平行的圆弧运动。地平线把这个圆分为地平线上方的昼弧和下方的夜弧,日出日落发生在两者的交界。若暂时忽略一天内赤纬的微小变化,出没时刻近似对称于太阳上中天,也就是真太阳正午。
在北半球,六月时太阳赤纬偏北,日周圆落在地平线上方的部分较大;十二月则较小。赤道附近,地平线一年中都把太阳日周圆分成接近相等的两半,白昼变化较小。向南北高纬移动,季节差异逐渐放大,极圈以外甚至会出现整个日周圆都在地平线上方或下方的情况。
上海的夏季白昼比冬季长,但不能直接套用更高纬地区的昼长差。上海和黄山都在北回归线以北,太阳上中天位于南方;这一方向不能推广到海南等热带地点,更不能推广到全球。太阳赤纬在一天中还会缓慢改变,精确出没时刻因此需要逐步迭代求解。
为什么计算结果和亲眼看到的时刻有差别
大气折射会变。 标准模型中的34角分只是近似值。气温、气压、海面附近的温度分层都能改变折射,令实际日出日落与标准时刻相差数分钟;高纬地区可能更敏感。
真实地平线可能被遮挡。 在上海,楼群会挡住第一缕阳光;在黄山,某个观景台前方的山脊可能决定太阳何时真正露面。太阳尚未达到理想地平线就被西面的山挡住,也会使你感受到的日落提前。
观测高度也有影响。 从高处眺望足够远、没有遮挡的海平面时,可见地平线低于水平面,这称为地平俯角。高度越大,太阳通常越早可见、越晚消失。但山顶前方如果仍有更高山脊,这个优势可能被抵消,不能只凭海拔判断。
实地观测与拍摄建议
日出不是早晨开始变亮的时刻,而是民用晨光结束的边界。拍摄黄山晨景,应把日出前的曙光和日出后的低角度光线都纳入安排。太阳出现的方向也随季节移动:上海及黄山附近,夏季偏东北,冬季偏东南,春秋分前后接近正东。具体方位应查地点和日期,不要只在地图上寻找“东方”。
一年中最早日落不一定恰逢冬至,最晚日出也不一定在同一天。冬至附近昼长变化较慢,均时差引起的真太阳正午移动仍在继续,因此两个极值会分开。其具体日期随纬度而变,不宜把别的地区某一天的结论直接套用。
即使太阳贴近地平线、看上去不刺眼,也不要无防护直视。更不能通过没有合适前置太阳滤镜的望远镜、双筒镜或光学取景器观看。
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常见问题
今天几点日落?
必须先知道地点和日期。上海冬夏的日落时刻不同,同一天换到使用北京时间的更西部地区,钟表时刻也会明显改变。Apphemeride 的太阳天体页面可按当前 GPS 位置给出具体结果;规划其他地点或日期需使用完整版的相应功能。
日出为什么不总在日落前12小时?
两者之间是白昼长度,它随纬度和季节改变。即使春秋分附近,也会因太阳圆面大小和大气折射而略长于12小时。两者的中点接近真太阳正午,而非固定的钟表12点。
日出和晨光有什么区别?
晨光发生在日出之前,太阳还在地平线下,天空已经开始发亮。太阳中心达到−18°时,天文晨光开始;达到−6°后进入民用晨光,最后以日出结束。能否看清地面细节还取决于云、空气和地形。
为什么冬至不是日出最晚、日落最早的同一天?
冬至附近,昼弧长度改变很慢,均时差却仍使真太阳正午相对钟表时刻移动。这个移动会同时推迟或提前日出与日落,使两个极值落在不同日期。具体日期与纬度有关,应查询当地结果。