天柱面与地转日象仪

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1、天柱面与地转日象仪 刘士达 关键词： 地球公转、视运动、太阳赤纬角、方位角、仰角、四季变化、方位椭圆图椭圆柱面图、全年方位椭圆变化图、太阳视运动模拟机、地转日象仪、天柱面 内容提要：本文依据地转日象仪的正确性，通过和“天球面概念”的比较，确立了“天柱面概念” 在作者的“太阳的视运动规律”一文中，确定太阳视运动在地平面上每天的投影轨迹图为方位椭圆图，反映太阳方位。用柱面把它和太阳轨道连起来就得到椭圆柱面图，同时反映仰角变化。并从全年方位椭圆图变化规律中显示出设计太阳视运动模拟机的可能，并在文章中证明了太阳视运动计算模拟机的正确性。，通俗地叫做地转日象仪。在地转日象仪中，设定太阳到地轴的距离总是不

2、变的。好像太阳总是在一个以地轴为中心轴的圆柱面上，就把这个柱面就叫天柱面吧。这和天球面概念是不同的。这样做，理论上说得通吗？网上查得资料：“天球面是一个假象的球面，以地心为中心，以无穷远为半径的球面，所有天体都按径向方向投影在这个球面上，并设定天体都在这个球面上”。这样的话，就是认为“太阳到地心的距离总是不变的”，这和设定“太阳到地轴的距离总是不变的”两者似乎是不相容的。其实在我们考虑的范围内没有差别。因为两者都计较的是方位，而不在乎距离。距离既然是无穷大就不在乎从“天柱面与天球面”图上看，差不到一倍的差别。实际上地球公转轨道接近正圆，“天球面概念”，是较接近实际的。接近，恰恰说明它不符合实际

3、。也不过是假设而已。图上画出天球面O，半径是OJ，NS是地轴。以天球面上和地轴垂直的大圆I J为准线，以平行于地轴的直线为母线，作出天柱面ABDC，我们只考虑太阳，因此我们只考虑部分天球面和部分天柱面。天球面上，夏至时，太阳在M点，日视运动为纬圆MX，冬至时，在L点，日视运动为纬圆LP，这样，太阳就总是在球台面XMPL内，大圆I J是赤道圈，大圆M L是黄经圈；我们向两边延长ML，和天柱面相交于F、R点，在天柱面上，夏至时，太阳在F点，日视运动为纬圆FE，冬至时，在R点，日视运动为纬圆RY。太阳总是在柱面EFYR内，大圆I J是赤道圈，椭圆F R是黄经圈。比较天球面和天柱面，对应线段长度、圆半

4、径是不同的，但是在地球人看来各对应点的径向方位是完全相同的，这就足够了。看来天柱面的假设也是可以的。何况在“太阳的视运动规律”一文中已经证明了地转日象仪的正确性。就是说它和天球面概念可以相容。如果非得用天球面的话，我们可以用许多相似的天球面代替天柱面。例如，夏至、冬至时用过F、R的天球面；秋分、春分用过I、J的天球面，时时刻刻日日月月都换一个相应的天球面。保证时时刻刻日日月月都符合“天球面概念”，天球面没有固定的准确的半径，这样做是合理的。“天柱面概念”成了地转日象仪的理论扩展，“天柱面概念”是必须的。第一，在地转日象仪中太阳轨道固定不变就合理了。第二，允许半径接近天柱面半径的圆形地平面在天柱面内相对移动而不干涉。第三，独具的黄经高度概念方便了操作。“太阳的视运动规律”一文中根据黄经圈上节气点黄经经度给出了二十四节气赤纬角的角度值。我们定义太阳轨道圈半径TF为 1 ，定义黄经高度图中各点垂直距离为黄经高度，定义赤道 I J的黄经高度为零，各点水平位置任意，定义各节气点黄经高度等于赤纬角的正切值。这样就得到了“天柱面二十四节气的黄经高度”图，各点垂直位置是按相应赤纬角计算得到的，水平位置随意排成圈形，两图相连反映出黄经高度和黄经圈的关系。“天柱面概念”用黄经高度即天柱面中太阳轨道圈和地轴的相对移动来完整表现地球公转造成的赤纬角变化。地转日象仪使人们更清楚了解黄经高度变化改变了节气。