为什么太阳全年运行轨迹是8字型

Question

如题所述

Answer 1

在解释现象之前，首先应当认识到地球其实是个梨型体，为了简化分析，人们将之形状假设成为一个正圆的球体。将地球的南北极顶点相连，地球平日就是沿着这个假想的地轴自西向东逆时针的旋转运动。另外，由于太阳离地球很远，再加上观测点的研究地域范围相对于前者的距离很小，所以太阳光近似地被看为是平行照射地球的。 地球自转时，太阳光只能照到球的一半，面向太阳的地区是白昼，背对太阳的则是黑夜，因此固定在生活在某一地（南北极地区除外）时，只要是晴天，就能看到日出东方、夕阳西下昼夜交替的自然场景。
沿地球中心假想的赤道面，切成两半，含北极、陆地比较多的半球为北半球，含南极、海洋面积较大的定义为南半球。
西班牙和中国都位于北半球，在北半球的城市，观察的现象是夏天的太阳在天空的位置比冬天高，这是因为地球除了自转，还要年复一年地自西向东围绕着太阳旋转，地轴与这个旋转轨道面（黄道平面）始终保持66°34′的夹角，夏至6月22日，太阳光直射地球点位于北纬23°26′，这个纬度线称之为北回归线，冬至12月22日时，太阳直射点对准的是南回归线，此时在北半球的观测点看到的现象是太阳比夏天的位置低。太阳光水平照射地球纬线的最短光束即指太阳的直射点，始终是往返于南北纬回归线之间，往返一次耗时一年。倘若地球没有倾斜，而是保持与黄道平面垂直的情况下公转，可以想象地球上不会出现春、夏、秋、冬四季交替的现象。

地球不仅自西向东自转，还要围绕着太阳自西向东公转，因此在中国的东部城市看到日出的时间会早于西部，同理日落的时间也自然会早于西部。
回到Girona这张早上09:15的“8”字轨迹图，根据上述地理知识可分析出，图中8字最顶端的黄线表示太阳照射北回归线的位置，即一年的夏至日；末端红色为照射南回归线的日子，为冬至。与红黄线等距离的绿线，穿过的是春分和秋分两点。圈出8字中心交叉点，代表在由进入夏天一天和转入秋季的一天观测到的太阳相对的方位与高度一样，该点位于春秋分线之上。另外，再给这个8添加一根中心白线，观察到的现象是中心左右对称。
那8字轨迹又是如何计算出来的呢？它的数学思路是，先弄清观测点所在的地理经纬度，一旦确定即能知道该点在地球的准确位置，接着同样是依照摄影师的方法，选定一年中固定时间间隔的相同时间点，比如09:00，以角度的方式标定太阳直射点与观测点相对的方位和高度，最后将若干个计算点在一个平面上用虚拟的线连接起来。
选四个典型城市，与Girona 组成一系列的关于09:00太阳相对运行轨迹比较。下图是计算截图，A-E 由北往南依次为，俄罗斯莫斯科(A 北纬55.8°)、西班牙Girona(B 北纬41°54′)、越南河内(C 北纬21°)、新加坡（D 赤道附近）、马达加斯加岛的Tananarive（E 南纬18.9°）、新西兰Wellington（F 南纬41°54′）。由图可以看到，南北地区的8字变形趋势是：越往两极走，8字越立，越接近赤道，8字几乎倒置。北半球8字是上小下大，南半球的8是上大下小。

Answer 2

太阳是距离地球最近的恒星，是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳。太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球较近，所以看上去是天空中最大最亮的天体。其它太阳系外恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，看上去只是一个闪烁的光点。

[1]组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占73%、 氦约占25%， 其它元素占2%。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000开。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。但是，天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究，建立了太阳内部结构和物理状态的模型。
内部节构折叠
1·太阳的内部主要可以分为三层：核心区、辐射区和对流区。
2·　太阳的核心区域半径是太阳半径的1/4，约为太阳构造整个太阳质量的一半以上。太阳核心的温度极高，达到1500万℃，压力也极大，使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去。太阳中心区的物质密度非常高。每立方厘米可达150克。太阳在自身强大重力吸引下，太阳中心区处于高密度、高温和高压状态。是太阳巨大能量的发源地。 太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式。太阳中心区之外就是辐射层，辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.71个太阳半径，这里的温度、密度和压力都是从内向外递减。从体积来说，辐射层占整个太阳体积的绝大部分。 太阳内部能量向外传播除辐射，还有对流过程。即从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部，这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大，很不稳定，形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层。
太阳光球折叠
太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面，通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球层位于对流层之外，属太阳大气层中的最低层或最里层。光球的表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一，但由于它的厚度达500千米，所以光球是不透明的。光球层的大气中存在着激烈的活动，用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构，很象一颗颗米粒，称之为米粒组织。它们极不稳定，一般持续时间仅为5－10分钟，其温度要比光球的平均温度高出300－400℃。目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。
光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑，但实际上它们的温度高达4000℃左右，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化，这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象，平均活动周期为11.2年。
太阳色球折叠
紧贴光球以上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球。色球层厚约8000千米，它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。日常生活中，离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃，到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，至今也没有找到确切的原因。在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰，这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象，一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时，日珥的形状也可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日耳、活动日耳和爆发日珥三大类。最为壮观的要属爆发日耳，本来宁静或活动的日耳，有时会突然"怒火冲天"，把气体物质拼命往上抛射，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状，所以又称环状日耳。
太阳日冕折叠
日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体，它的密度比色球层更低，而它的温度反比色球层高，可达上百万摄氏度。在日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕。 日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕还会有向外膨胀运动，并使得冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。本回答被提问者和网友采纳

Answer 3

这其实并没有那么复杂，主要原因是——地球的自转和公转的角速度是不均匀的，地球在越接近夏至点时，自转速度和公转的角速度越慢，这也导致了日长夜短现象，到达夏至点时，自转速度和公转的角速度最慢，一天的时间实际上是大于24小时的；当地球接近冬至时，地球的自转速度和公转的角速度越快，这导致日短夜长的现象出现，到达冬至点时，自转速度和公转的角速度最快，一天的实际时间是少于24小时的。而现代，我们已经不再使用日晷计时，而是用机械或者电子装置计时，而这些计时装置使用的是平均时长，即一天按24小时计算，所以按计时器的相同时间点观测太阳位置，就会因为地球自转速度的快慢，导致太阳向西偏移或者向东偏移动，向东偏，是因为地球自转速度变慢，向西偏是地球自转速度变快，这才有了8字形轨迹出现。

Answer 4

地球公转轨道所在面叫黄道面，地球的赤道与地轴相交处所在平面叫赤道面。两面之间的黄赤交角为23度26分。由于有这个角度，一年中，太阳在地球上的直射点在南北回归线之间移动。觉得与太阳直射点相似，一年中，在同一地点同一时间感觉太阳的位置是变化的。如果地球的运行轨迹是圆形的，那么太阳的轨迹会是一条曲线；现实中，地球的运行轨迹是椭圆，太阳的轨迹就是两条不重合的曲线，这两条曲线会有共同的起点与终点，大概就成8字状了。