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1、地方时6时太阳一定位于正东方吗湖北省大冶市第一中学 程良安邮编:435100邮箱:由太阳周日视运动规律易知,当太阳直射北半球时,全球太阳东北升西北落,北半球日出时间(地方时)早于6:00。同理,当太阳直射南半球时,全球太阳东南升西南落,南半球日出时间(地方时)早于6:00。地方时6:00的太阳方位自然成为一个人们关注而又困惑的问题。由于太阳直射赤道时,全球太阳正东升正西落,且各地日出时间均为地方时6:00,不少人错误地认为,夏半年,在地方时6:00,太阳刚好由东北(或东南)运行到正东位置。果真如此吗?一、地方时6:00时太阳方位的定性分析(以北半球夏半年为例)1、北半球温带和寒带地区下图(图1
2、)为北半球温带地区,二分日与夏至日太阳周日视运动示意图。ESWN为地平圈,E、S、W、N分别表示东、南、西、北四个方位。O为观察点。弧EDW为二分日太阳视运动轨迹。弧ABC为夏至日太阳视运动轨迹,O1为夏至日太阳视运动轨迹的中心。B图1WSNEAACODDE1W1O1北极星过O1作EW的平行线交弧ABC于E1、W1,E1W1平分该日太阳视运动轨迹,故E1、W1分别表示当地时间6:00和18:00的太阳位置。如果将E1、W1垂直投影到地平圈上,它们的投影明显分别位于东北和西北方,而不是正东方和正西方。同理可知,南半球温带和寒带地区,夏半年,6:00和18:00的太阳方位分别为东南和西南,不在正东
3、方和正西方。2、北半球热带地区北半球热带地区(含赤道地区),夏至日太阳视运动轨迹如图2、图3(为赤道地区)。在直射点的纬度高于当地纬度的情况下,北半球热带地区正午太阳均位于天顶以北,太阳在一天当中根本到达不了正东方,如图2中A-B-C-A。在直射点的纬度低于当地纬度的情况下,太阳可以到达正东方,如图2中A1-B1-C1-A1。图2BSNEAAO北极星WC天顶A1C1B1N北极星图3赤道地区BSEOWC天顶AA二、地方时6:00时太阳方位的定量计算以北半球温带地区夏半年情况为例。B图4WSNEAACOE1W1O1北极星W1aO2去掉图1中二分日视运动轨迹,如图4,连接OB,作O1在地平面上垂直投
4、影O2,作W1在地平面上的重直投影W1a,连接OW1a。WOW1a即为地方时18时的太阳方位角,此角与地方时6时太阳方位角大小相等。设天球半径为R,为太阳直射点的纬度,为观察点的纬度。由几何关系易知:WOW1a=OW1aO2在直角三角形OO2W1a中,tanOW1aO2=OO2/O2W1a 在直角三角形OO1O2中,OO2=OO1cos 在直角三角形OO1B中,OO1=OBsin=Rsin E1W1平等于地平面,O2为O1在地平面上垂直投影,W1a为W1在地平面上的重直投影,故有:O2W1a=O1W1=O1B=Rcos 由得:tanWOW1a=tancos地方时18时太阳方位为,西偏北arct
5、an(tancos)同理:地方时6时太阳方位为,东偏北arctan(tancos)。同理:冬半年,地方时6时,太阳方位为东偏南arctan(tancos),地方时18时,太阳方位为西偏南arctan(tancos)。特殊情况:(1)二分日,0,tan0,arctan(tancos)=0,地方时6时和18时太阳分别位于正东和正西。(2)赤道地区,任何日期,0,cos1,arctan(tancos)=, 地方时6时(日出)和18时(日落)太阳方位角等于直射点的纬度。三、太阳位于正东方的时间计算如图5,由图4,连接天顶与观察点,交O1B于O3,过O3作E2W2,使E2W2E1W1。N天顶B图5WSE
6、AACOE1W1O1北极星E2W2O2O3由几何关系易知,E2W2EW,且与EW共面,该面垂直于地平面,故:E2、W2即为太阳位于正东、正西的位置。E1为太阳6:00位置,E2为太阳位于正东方的位置,只要求出E1O1E2的大小,即可确定太阳位于正东方时的地方时。在视运动轨道平面上,太阳运行的角速度为150/小时。设E1O1E2为,太阳位于正东方的地方时为6+/150在直角三角形E2O3O1中,O1E2O3=E1O1E2=,sin=O1O3/O1E2 在直角三角形OO1O3中,O1O3O=O1OO2=,O1O3=OO1/tan 在直角三角形OO1B中,OB=R,O1E2=O1B=Rcos,OO1
7、=Rsin 由得:sin=tan/tan=arcsin(tan/tan)一般情况:夏半年,太阳位于正东方的时间为地方时为6+arcsin(tan/tan)/150时。冬半年,太阳位于正东方的时间为地方时为6-arcsin(tan/tan)/150时特殊情况:二分日,=00,tan=0,=00,太阳位于正东方的地方时为6时。热带地区,夏半年,当直射点纬度高于当地纬度时,sin(tan/tan)1,没有意义,太阳不能到达正东方。热带地区,夏半年,当直射点纬度低于当地纬度时,太阳可以到达正东方,计算方法同一般情况。回归线地区,夏至日,=,sin(tan/tan)=1,按计算数据看,太阳12时到达正东方,但,实际上此时太阳位于天顶位置,判断位于正东方的时间也没有实际意义。2