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为什么最早的日落不是发生在一年中最短的一天呢？

科技 12-27 来源：天文在线

本文参加百家号 #科学了不起# 天文航天系列征文赛。

在过去的十二月，我发现在冬至日之前的几天，太阳在傍晚开始落的晚一些了。为什么最早的日落不是发生在一年中最短的一天呢？地球在一月到达近日点的这个事实可以解释这一现象吗？

我们的时钟和平均太阳日同步，平均太阳日也就是当地球轴倾斜度（或者倾角）为零和地球轨道为完全的圆形（也就是零椭圆率）时的太阳活动。所以，首先让我们先设想一下，当倾角和椭圆率为零。然后，黄道（太阳系的行星和太阳在这些恒星天空中的轨迹）将会和天球赤道相一致。由于时钟完全的和太阳同步，太阳将会一直在下午12点的时候在子午线上。

但是事实上地轴的倾斜角度是23.5度。因此，以天球赤道为参考系，黄道倾斜23.5度。所以发生了什么？设想在秋分点，如果这个倾斜角是零，日复一日，太阳将会沿着天球赤道移动（这是由于地球围绕着太阳的公转而不是由于地球围绕着它自己地轴的自转。）但是由于这个倾角事实上是23.5度，所以太阳将会以与天球赤道夹角为23.5度的角度进行移动，或者太阳将会向东和南移动。

现在，在这两个情况中对比太阳向东移动了多少（一个情况是倾角为零另一个情况上是倾角为23.5度）。我们可以看到的一点是，在倾角为零的情况下，太阳向东移动的更多。因此，在时钟显示12点之前，太阳将会移动到子午线上（意味着当地正午），这是因为如果地球的倾角是零的话，太阳将会向东移动的距离比原本应该的要少。因为时钟始终与平均太阳同步，所以这个错误（当地正午和时钟的12点中）将会始终存在。

现在，由于太阳移动日渐向南，纵向的赤经圈的记录，就变得越来越难辨。同样，在冬至点附近的记录，太阳的移动轨迹沿着负23.5的磁偏角／赤纬，它意味着，太阳正在纯粹的向东。结合这两个事实，一个人发现在近至日，太阳向东移动的速度，比倾角为零时，它原本应该有的速度要快。因此，在某一时刻，当地正午和时钟正午的差距将会缩小，甚至缩小到零。这件事情刚好发生在至日点。超过至日点以后，太阳将仍旧会快于平均太阳向东移动。因此当地正午，将会在时钟正午之后发生。

从冬至日到春分日，太阳向着更高的磁偏角／赤纬方向通过时，当影响超过倒退，当地正午和时钟正午再次在至日一致。因此，单单由于倾角，

•当地正午和时钟正午将会一致，在（春冬）至日和（春秋）分日。

•在分日之后，时钟正午将会在当地正午之后发生。

•在至日之后，时钟正午将会在当地正午之前发生。

•在时钟正午和当地正午的最大偏差结果是9分40秒。

因此，单单由于倾角，

•在11月初和12月初，当地正午将会相继的晚一些发生。

•在2月初和3月初之间，当地正午将会相继的早一些发生。

•在3月初和8月初之间，当地正午将会相继的晚一些发生。

•在8月初和11月初，当地正午将会相继的早一些发生。

因此一旦接近冬至日，日出开始变得更加早，日落开始变得更晚。但是由于当地正午正在变得比时钟正午更晚，它移动了日出和日落的时间使他们变得更迟。这两个的结合引起了比事实上冬至更晚的日落，甚至这一白天也变得更短了。要注意的是，我们所设想的只是倾角和假设了轨道是圆的。

现在让我们单独的来看，由于地球轨道的椭圆率发生了什么，然后让我们来设定倾角为零。如果这地球的轨道是圆的，那么在一整年当中，两个当地正午之间的时间，应该是一样的。但是因为地球轨道是椭圆形的，所以它移动的比平均近日点附近（一月附近）要快，比平均远日点附近（七月附近）要慢。

画一张太阳在中央，地球围绕她的图。一颗恒星在无穷的远方作为对照。现在，在一个位置画地球然后标记正午的位置。现在由于地球的公转，他也在他的轨道中移动。在轨道上标记一个点，在地球上再一次有正午的点。这一段时间就是真正意义上的平均太阳日。（附带说明一下，平均太阳日和这地球自转一周所花费的时间是不同的）。现在，如果地球的运动速度比平均速度要快，他在轨道上同样一段时间的运动也会比平均要多，所以，你在地球上能标出的位置不会是正午。为了达到，正午的这个位置，地球将不得不自转更多一些。因此在靠近近日点的时候，当地正午将会比时钟正午发生的更晚。相反的影响发生在靠近远日点的时候，当地球比平均移动速度要慢。并且因此当地正午比时钟正午发生的要早一些。这里同样的，误差在近日点附近递增，在远日点附近递减。

因此，单单因为椭圆率，

•在10月和次年4月之间，当地正午发生的越来越晚。

•在4月和10月之间，当地正午发生的越来越早。

•在当地正午和时钟正午之间最大的偏差是8分钟左右。