有时候我们在拒绝别人的时候,会这样说“要我怎样怎样,除非太阳从西边出来”,我们知道由于地球的自转现象,地球上绝大多数地方看到的太阳都是“东升西落”,只不过一年中只有春秋分时全球太阳才会从正东升起,从正西落下。此外,当太阳直射点位于北半球时,全球太阳从东北升起,从西北落下;而当太阳直射点位于南半球时,全球太阳从东南升起,从西南落下。
全球各地正午影子的朝向
不过有极昼极夜现象发生的地区情况又有所不同,当极昼极夜发生时,太阳就没有了升落现象,极昼时太阳24小时都在地平线以上,而极夜时太阳24小时都在地平线以下。当北极圈以北地区发生极昼时,我们可以理解为太阳是从正北升起的,而当南极圈以南地区发生极昼时,我们可以理解为太阳是从正南升起的。那么,如果研究物体的影子,刚好和太阳的方位相反,比如北半球夏季,太阳直射点位于北半球,日出时太阳位于东北方位,而物体影子位于西南方位;日落时太阳位于西北方位,而物体影子位于东南方位,那么正午时刻物体影子位于什么方位呢?
正午影子朝向
同样道理,正午时刻物体的影子方向,主要是由正午时刻太阳的方位决定的,而正午时刻全球任何地方太阳的方位只有三种可能,那就是要么位于某地正上方,要么位于某地正南,要么位于某地正北。这样一来,正午时刻任何地方物体影子的方位只有三种可能性,如果太阳位于正上方,那么物体就没有影子;如果太阳位于正南方位,物体影子就朝正北方位;如果太阳位于正北方位,物体影子就朝正南方位。
北纬40°二分二至日太阳视运动示意图
从正午物体影子的纬度分布来看,我们可以把全球划分为三个纬度区间。第一个区域是南北回归线之间的热带地区,由于太阳直射点在南北回归线之间移动,所以这一区域是一年中有太阳直射现象的地区,除了南北回归线外,其余纬度一年中都有两天太阳直射,当太阳直射时,这一纬度当天正午就没有影子。位于南北回归线(不包括南北回归线)之间的区域,一年中太阳直射点所在的纬度既可能在你所在纬度的北侧,也可能在南侧,所以正午影子有可能朝向正南,也有可能朝向正北。
太阳直射点移动图
也就是说南北回归线(不包括南北回归线)之间的区域,正午影子的三种情况(没有影子、朝向正南和朝向正北)都有可能出现。而北回归线上的地区,正午影子有两种可能,分别是没有影子(夏至日)和朝向正北;南回归线上的地区,正午影子有两种可能,分别是没有影子(冬至日)和朝向正南。第二个区域是北回归线以北地区,这一地区没有太阳直射现象,而且一年中任何日子太阳直射点所在的纬线都在这一地区以南,所以这一地区正午时太阳总是位于正南方位,而正午时刻的影子也始终朝向正北。
昼夜半球和晨昏线
我国,绝大多数地区都位于这一地区,因此我国大部分地区正午影子都是朝向正北,我们可以利用正午日影来确定当地方位。第三个区域是南回归线以南地区,这一地区也没有太阳直射现象,而且一年中任何日子太阳直射点所在的纬线都在这一地区以北,所以这一地区正午时太阳总是位于正南方位,而正午时刻的影子也始终朝向正南。此外,由于正午时刻太阳高度为一天中的最高值,所以正午时的日影为一天中的最短。
我国各地正午影子朝向分布图
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