太阳周日视运动图解
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太阳周日视运动天球天空呈球形,这是有目共睹的。
众星列宿布满天空,对于这些极其遥远的天体,人眼无法辨别它们的相对远近,好像是等距的。
它们同观测者的关系,如同球面上的点同球心的关系。
既然天空看起来像个球面,人们就把广漠的宇宙当作球体看待,并把天体在天空中的视位置,当作它们的真实位置。
这对于那些无需考虑距离因素,如对时间、纬度的测定来说,带来极大的便利。
这样一个假想的球体,叫做天球。
天空的昼夜旋转说明,天球不但存在于地平之上,而且还有一半隐入地平之下。
人们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空,又被叫做天穹。
〔天穹有别于天球。
天球是整球,天穹是半球;天球是圆的,而天穹是扁的。
“天似穹庐,笼盖四野〞,我们日常所见的蔚蓝色的天空,其实是包围地球的大气层,沿地平方向,好像距离很遥远;沿天顶方向,距离较近。
〕天文上在定义天球时,规定了两个条件:一,天球的球心是观测者或地心;其次,天球的半径是任意的。
它包涵一切,不管天体如何遥远,总可以在天球上有它的投影。
这样,既成认天体事实上的距离悬殊;又可以利用天球上的视位置对于地球的等距性。
概括地说,天球就是以地心为球心,以任意远为半径的一个假想的球体〔图1—1〕,天文学用作表示天体视运动的帮助工具。
图1-1 天球示意图天球的半径是任意的,全部天体,不管多远,都可以在天球上有它们的投影以上所说是地心天球。
在说明地球或行星公转的时候,人们也使用以太阳中心为球心的天球,叫日心天球。
通常所说的天球,皆指地心天球。
天球上的位置为了确定一个地点在地球上的位置,人们设置地理坐标系;同理,为了确定天体在天球上的位置,需要设置天球坐标系。
地理坐标系和天球坐标系,都是球面坐标系。
在天文学上,依据不同的需要,使用不同的天球坐标系。
各种天球坐标系,有不同的特点。
但是,它们都有球面坐标系的共同特点。
这些特点是:——球面坐标系都有一个根本大圆,称为基圈。
例如,在地理坐标系中,赤道就是它的基圈。
——基圈上都有一个原点。
同学们,以前我们给大家介绍过天体的视运动,你还记得吗?天体的视运动就是用眼睛看到的天体的运动,这些运动主要是由地球自转与公转引起的。
今天,我们要给大家介绍的是太阳的周日视运动。
由于地球每天自西向东自转一周,就造成了太阳每天早上从东方升起,晚上又从西方落下的自然现象,这就是太阳的周日视运动啦!太阳周日视运动的轨迹,与恒星视运动轨迹一样,也是垂直于地轴的圈。
但这个圈每天都在变化,像螺旋线一样。
就正午太阳高度而言,冬至最低,然后一天天高起来,直到夏至达到最高。
之后再一天天低下来,直到冬至达到最低。
同样地,日出日落的位置也是在冬至达到最偏南,夏至达到最偏北,这样周而复始地变化。
◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋科迷街太阳周日视运动模型以北京地区为例(北回归线以北,北纬40o),太阳周日视运动的轨迹变化见图1。
图1 北京太阳周日视运动的轨迹变化示意图. All Rights Reserved.图2 北京天文台展厅不同纬度地区的太阳周日视运动轨迹变化模型要知道天空是立体的,光靠想象或看平面的照片还不能使我们头脑里有很清楚的印象。
但是,我们可以仿照天文馆里的不同纬度地区的太阳周日视运动轨迹变化模型,自己动手做一个简单的模型,它不仅可以一、准备材料1. 一个淡颜色(最好透明)2. 线、水彩笔;3. 简易打气筒;4. 10厘米宽、40厘米长的硬纸板。
用简易打气筒把气球打足气(或吹气)使气球形状近似球形(图3)。
用红色彩笔在气球的半球位置涂一圈,用粉色水彩笔在气球半球位置的两边各涂一圈(图4);把涂好的气球放在纸环上,变换不同方向可以模拟不同地理纬度区域的太阳周日视运动轨迹变化。
例如图4可以模拟南北极区太阳周日视运动轨迹的变化,图5可以模拟中纬度地区太阳周日视运动轨迹的变化,图6可以模拟赤道地区太阳周日视运动轨迹的变化。
图3 吹成球形的气球图4 模拟南北极区太阳周日视运动轨迹的变化图5 模拟中纬度地区太阳周日视运动轨迹的变化图6 模拟赤道地区太阳周日视运动轨迹的变化二、制作方法用硬纸板做一个纸环,便于安放气球。
太阳周日视运动图解
一、太阳周日视运动图
二、不同纬度两分两至日太阳视运动图
1.赤道上两分两至日
二、北回归线以北、北极圈以南
三、北回归线上
四、北极圈上
五、夏至日北极圈内
例1:下图表示某地一天中两个不同时刻太阳光线与地面的夹角,据此回答下列三题。
1.这一天,太阳直射点的纬度是()
°N °N °S °S
2.该地的地理纬度是()
°N °N °S °S
3.当太阳处在正北方上空时,国际标准时为20时,则该地的经度位置是()
°W °°E °
六、北极点处太阳视运动图
例2:下图为某科考队员在某地观测到的太阳高度日变化示意图,这一天他观察到的太阳在天空呈逆时针方向运行。
据此回答下面两题。
1.该科考队员所处的纬度位置是()
°S °N °S °N
2.假设图示太阳高度为该地一年中的最大值,则()
A.地球上的热带范围将变大
B.地球上温带范围将变小
C.地球上有极昼极夜现象的范围将变小
D.武汉(30°N)正午太阳高度的年变化幅度将变大
七、南半球中纬度地区
S
N
35°
5°
某地
0 12 24 时刻
太阳高度
22°
九、南极圈上夏至日(或南半球刚好出现极昼的地方,即该地纬线与晨昏圈相切)
十、南极圈内视运动
例3 下图表示某地点A 某日所观察到的太阳运行轨迹,其中箭头表
示太阳运行方向,E 、W 、S 、N 分别表示东、西、南、北四个方向。
当太阳位于图中B 点时,北京时间为16点。
据此回答下面两题。
1.观察地点的地理坐标可能是( BD ) °N ,120°W B. 60°N ,60°E °N ,120°W D. 70°N ,60°E
2.该日,太阳升起的方向是( B )
A.地平正北方向
B. 地平东北方向
C.地平东南方向
D. 地平正东方向
例4:右图为北半球冬至日不同纬度地区太阳高度的日变化曲线,图中各曲线对应的纬度分别是:
练习:
下图是在澳大利亚新南威尔士州的米尔迪拉市(约34°S,143°E )建造的太阳能热力塔式发电站。
它由200面大镜子和一个大铁塔组成,镜子聚焦,将太阳光反射至塔上,塔内产生的热量与天然气、水混合后发电,便形成了太阳能热发电,发电容量高达20万千瓦。
而塔底镜子的数量还可以根据所需太阳 W
N
S B
地平面 E 40°
A
1.下图中能正确表示米尔迪拉市六月份太阳升落视运动路径的是(D)
A.①B.②C.③D.④
2.200面大镜子中朝北的镜面,在春分日时与地面的倾角最好是( A )
A.34°B.23°26′C.57°26′D.56°
3.属于在该地建太阳能电站的区位条件是(B )
①位于热带沙漠气候区,太阳辐射强②位于热带草原气候区,晴天较多
③地处墨累达令盆地,水源有保证④靠近该国东南部,能源市场需求量大
A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④
2005年5月11日清华大学送给中国亲民党主席汉白玉日晷作为礼物。
它由晷盘和晷针组成,晷盘正反两面都有刻度,安放在石台上,晷针安装在晷盘中央与盘面垂直(如左下图)。
当太阳移动时,晷针在晷面的影子,随之变动,古人以此来确定时间的变化。
据此回答4—5题。
4.盘面与地平面的夹角α(α为锐角)和日晷所在地纬度θ的关系是( D )
A .α>θ
B. α<θ
C.α=θ
D.互余
5.该日晷晷盘上、下两面均有刻度,一年中看晷盘下面刻度的时间是( D ) A .春分至夏至 B .夏至至秋分
C .夏至至冬至
D .秋分至春分
读右面经纬网和晨昏线图,已知AB 为晨线回答6~8题。
6.北半球冬至日时,α角的大小为( A )
A .23º26′
B .66º34′
C .43º08′
D .10º18′
7.图示时刻北京时间为( B )
A .18时05分
B .18时20分
C .17时40分
D .20时40分
8.当AB 位于图中虚线位置时( D )
①深圳一定昼长夜短 ②深圳一定昼短夜长 ③太阳一定直射北纬β°纬线上 ④太阳不一定直射北纬β°纬线上 A .①④ B .②④ C .②③ D .①③ 9.设M (纬度0°、东经30°)、N (南纬23°26'、东经30°)两地正午太阳高度分别为Hm 和Hn ,判断下列四项中正确的是( B )
①Hm 和Hn 不可能在同一天达到最小值 ②每年有某一时刻Hm =Hn ③每年约有9个月Hm >Hn ④任何时候都Hm≥Hn A .①③ B .②③ C .③④ D .①④
圆O 为地平圆,箭头为太阳视运动方向,∠1=∠2=22°,回答10~12题: 10.下图为北半球甲、乙两地某日“太阳视运动路线图”,甲的地理纬度为C A 、23026'N B 、66034'N C 、220N D 、900
11.乙地的正午太阳高度D
A 、220
B 、110
C 、440
D 、 680 12.悉尼该日太阳升起的方向是A
A 、东北
B 、东南
C 、正东
D 、正北
13.下图为某地某天的日影变化图。
该地正午为北京时间12:40,且当日北京的白昼为一年中最长。
据此回答:
1.该地的经纬度位置是。
2.图中所示日期是。
3.该地当日的日出方向是,当天的昼夜长短情况是。
°E,23°26′N 2.6月22日 3.东北昼长夜短,昼长达最大值。