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為何每天太陽東升西落的位置及方位會變化呢?

人們喜歡看日出和日落的美景,不論是陽明山和阿里山的日出,每年都有絡繹不絕的遊客前往觀賞,但是要看到日出可是要做很多功課的呢!因為日出的時間、位置和方位每天都會有所不同,尤其在不同季節時的變化更大,所以如果想看到美麗的日出日落,就要先上氣象署的網頁查詢。

那為什麼每天太陽東升西落的位置及方位會變化呢?原因就在於「地球自轉」與「地球會繞太陽公轉」。

地球的自轉

神學上地球為宇宙中心這個不切實際的「地心說」已經被科學推翻。事實上,我們看到太陽日復一日從東邊升起、西邊落下的現象,並非是太陽在運動,其實是由於「地球自轉」所造成的。

但古時候,身處地球上渺小的人類,並不容易察覺到地球的自轉運動,反而覺得太陽、月亮和天空中的各種天體繞地球轉,直到400多年前,西方天文學家哥白尼提出了「日心學說」後,歷經多位西方天文及科學家觀測及數學理論的驗證而確定了日心學說,也同時說明了太陽、月球的東升西落是地球自轉的因素所造成的現象。

那地球是怎麼自轉的呢?你可以想想夜市的飛鏢輪盤或汽車的輪胎是怎麼運動地,它們都是繞著中心在旋轉,我們把這個地方稱為軸心。地球的軸心稱為「地軸」,地球是以地軸為中心在進行自轉運動,目前地軸的一端指向北極星,所以我們看北極星附近才會覺得它似乎永遠靜止不動。

地球的公轉

聰明的你也許發現事有蹊翹:如果太陽的東升西落是地球自轉的結果,為什麼當我們長時間觀察每天的太陽,會發現其高度(仰角)及方位有著以年為週期的循環性改變?

太棒了!你的觀察沒錯,地球除了每日由西向東自轉,還會繞著太陽公轉,我們把地球繞太陽公轉一周的軌跡叫做「黃道」。有趣的是,因為地球的自轉軸是傾斜的,與黃道面相交約23.5度,使得地球繞太陽公轉時,被太陽光直射的地方會以年為週期不停改變,也因而使地球各地產生晝夜長短及四季寒暑的變化。

地球的自轉軸與黃道面相交約23.5度

黃道面示意圖

 

每年春、秋分時,地球會經過黃道和赤道面的交點,這時太陽會由正東升起、正西落下。春分過後,太陽直照的緯度沿赤道逐漸北移,到達最北(北緯 23.5度)時就是北半球的夏至,此時太陽升起於東北東,由西北西沈下;秋分過後,太陽直照的緯度逐漸南移,到達最南(南緯 23.5度)時就是北半球的冬至,這時太陽升起於東南東,由西南西沈下。如此一來就造成太陽每天東升西落的位置改變,在天空中的高度和方位也隨之改變,而太陽視軌跡這樣南來北往的週期就是1年,也叫做「回歸年」。

太陽每天東昇西落的高度和方位隨季節而變

臺灣四季太陽仰角與方位圖說

 

日出而作,日落而息,人類的生活作息有著這樣的習慣!白天工作;而夜晚則是養精蓄銳、好好休息,期待下一個白天。人類搭乘在地球這艘船上,循著繞日軌道在太空中遨遊,各式各樣的生命在這裡繁衍,也世世代代不斷地像宇宙深空探索著,滿足我們的好奇!

站在天文科學前輩們的肩膀上出發,科學的探索才能更加穩定而深遠,希望大家下次去觀賞日出的美景之前,別忘了先上中央氣象署網站查詢相關資料,讓觀日之旅更具知性美喔!

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