山心二中覃琴:太阳到底是中午离人近还是早晨离人近?

日出日落时间和太阳的高度在一年内不断变化，而且随纬度不同而不同。1955年，我国著名天文学家戴文赛教授对这个问题作了深入的研究，并发表了论文《太阳与观测者距离在一日内的变化》。 以北京为例，12月15日到1月22日，中午的太阳比早晚的都近；l月22日到6月5日，中午的太阳比早上的远，比晚上的近，6月5日到8月1日，中午的太阳又比早晚的都近；8月1日到12月15日，中午的太阳比早上的近14时以后，太阳辐射逐渐减小，地面温度降低，气温也随之降低，日落后，没有太阳辐射收入，只有热量支出，地面温度继续降低，一直到第二天日出前后，重新有太阳辐射收入的时候，气温达到一天中的最低值。
因此，一天中，最低气温出现在日出前后。
，比晚上的远。其中1 月22日和6月5日两天，太阳与地球的距离早、午相等；8月l日和12月15日两天，太阳与地球的距离午、晚相等。这是1954年的时候计算出来的，可以适用100年，100年以后，会相差一天。

用现在的天文学知识来判决，胜利应该归给那主张中午最近的孩子。太阳离地球平均14960万公里，在中午的时候，它直射在地球上，它的距离也就大约是14960万公里，而在早晚却从斜处射来，距离就总要多一点。但要赞同第二个小孩的主张，就不能不附带着反驳第一个小孩的理由。既然早晚的太阳较远，照理应该小一点，至少也得要与中午的太阳差不多相等，为什么看起来反而会大了呢？重要的就是这一个问题。

为要解答这问题，首先我们得找一副望远镜，准备用它来观察太阳。因为太阳刺眼睛，少不得还要再找一块黑色玻璃遮在望远镜镜头上，才容易窥看。倘若眼力不好，遮上黑玻璃还觉得不济事时，不妨等到月亮圆的时候，用月亮来代替太阳，也一样的有效；因为月亮也和太阳一样，在初升和降落的时候，看起来会比当天的时候大得多。准备好了，就可以进行观察。于是我们很快地就得到一个可惊的发现：原来望远镜中所看见的现象，和肉眼所见的完全不同；不论早晚或中午，望远镜里的太阳总是一样大！

望远镜里所见的是真实情形。早晚的太阳虽然比中午远一点，但所增加是很有限的。地球的直径还不到13000公里，太阳从斜面射来时，增加了的距离不会比地球直径更长，与全部距离14960万公里比较起来，还没有增加了万分之一。马虎一点就说全无增加，也不妨事的。因为这样微小的差别，要精密天文器械才测量得出来，普通望远镜决发觉不到那么微细的地方，所以，我们在望远镜里看起来是一样大小，并没有什么奇怪。

但为什么肉眼所见的情形会完全不同呢？我们可以断定是由于错觉。现在就要解释，何以有这错觉。

第一，我们对于整个天空先就有了一种错觉。由肉眼看来，地平线附近的天空，总觉得比天顶上的天空要离得远一点。这在心理学上，是用眼球的筋肉运动状态来说明的。地面上有树木房屋等种种物体，这些物体吸引着我们的注意，使我们的眼球感到牵引，觉得要将视线从自己身边移到地平线上，眼球筋肉比较劳累，”于是就感到那儿的天空较远。天顶上却不同，一望上去，决没有什么滞碍的物体，眼球的运动很舒适，就觉得天空的近。因为觉得地平线上的天空远，也就觉得那儿的太阳远，因为天顶上的天空近，所以那儿的太阳看起来也很近，这种现象，只要稍稍注意的人，都能知道的。

其次，再研究一下物体与眼睛的关系。一件物体映人眼睛里来，对于眼睛常形成一定的“视角”，所谓视角，就是假设从物体的顶点和脚点各引一条线到眼睛上，其中间所成的角度。同一样东西，放近了，视角便加大，离远了，视角便缩小。同时，大的东西，如果隔得远，它的视角也许会比近处的小东西来得更小。例如一只手掌，不过五寸，一个人，也许长到五尺，倘若这十倍长的人站在二丈以外的远处，那我就可在离一尺的地方用一只小小的手掌将那人全部遮着，使眼睛完全看不见他。这就因为一尺以内的手掌，它的视角比二丈以外的人来得大的缘故。但现在我们就发现眼睛的一个特性：手掌虽然能够遮了人，眼睛却决不会误认手掌比人大。这是一种很重要辨别能力。一件大的东西，只要我们知道它离得远，即使视角很小，我们仍能辨别出它的大。反之，我们觉得近的东西，即使视角很大，也能辨别其小。这能力，对于我们的生活是很重要的。它能指示我们日常事物真实的人小，没有它，我们会把摩天楼看成玩具，岂不要到处碰钉子？但我们要晓得，这辨别能力只在日常的小事物里才有效果，应用到广大的天空上去，结果便完全相反了。数量的增大会引起性质的突变，在地上可以认识真理的这同样的眼睛，在天空中却使我们发生错觉。

早晚的太阳和中午的太阳，与地球的距离是相差无几的。视角也几乎完全是一样。因此在望远镜中看起来是一样大小，但肉眼的辨别力却来捣乱。它说：天顶上的太阳，是比较近的，所以视角虽然与地平线上的一样，而面积却应该小一点。反之，地平线上的太阳比较远，所以应该是大的。我们的脑髓素来只知道听从肉眼的判别，所以就真觉得两处的太阳大不相同了。

在封建社会里，人类对于自然界的知识完全依赖着表面现象的观察，因此被自己的眼睛骗了几千年，无法解答那传说里的疑问。遇到了科学，疑团是这样轻便地就消释了；倘若有人不相信，还可以做一个更进一步的实验。用一块乳色的玻璃，或较薄的磁片，离眼睛六七寸的地方遮着太阳，太阳的红红的圆形就映在这块玻璃上。这时眼睛就会说，现在太阳更近了，所以它的视角虽然和天上一样，它本身却应该更小一点。细细一看时，果然，这玻璃上的太阳还不到一颗黄豆大！

因为地球自转24小时一周(围绕太阳公转是365天一周)，地球自转到中午时恰与太阳(太阳是恒星)接近垂直，两点间距离，垂线最短。所以，中午太阳与地面接近垂直照射，距离最短，所以中午温度高。

而早上，太阳是与地面呈斜射，太阳与地面距离远，所以早上温度低冷。因此人们在感觉上觉得中午太阳离地球更近一些，那是因为太阳光线照射地球的角度不同所引起的人们的误觉。

地球绕日公转轨道是一个接近正圆的椭圆，太阳位于椭圆轨道的一个焦点上,这样在一年内、乃至在一天内，日地距离都在不停的变化之中。

每年1月初，地球位于绕日公转轨道的近日点，日地距离达到最小值，约为1.471亿千米。
每年7月初，地球位于绕日公转轨道的远日点，日地距离达到最大值，约为1.521亿千米。

跟日地平均距离（1.496亿千米）相比，日地距离在一年之内的变化差值（0.05亿千米）几乎可以忽略不计。那么在一天内，日地距离的变化更是微不足道了。

如果非要把早晨和中午的日地距离作以比较的话，有人会认为中午的太阳会更近一些， 理由是，早晨太阳从地平线方向照过来，比中午的太阳远了一个地球半径的距离。
这种说法对不对呢，我们来分析一下。

从上面的数据可知，从1月份到7月份，半年的时间里，日地距离变化幅度达到500万千米（1.521亿千米减去1.471亿千米），每天内的变化值为2.7万千米，从早晨到中午大约6小时，为四分之一日，日地距离变化值约为6700千米，这个值已大于地球的半径。

如果地球正在向近日点运动，从早晨到中午，一方面确实近了一个地球半径左右的距离（6300多千米），另一方面经过四分之一日，日地距离也近了6700千米，两者叠加，中午离太阳更近了。

但如果地球正在向远日点运动，从早晨到中午，一方面从地球到太阳也近了一个地球半径左右的距离（6300多千米），可是另一方面经过四分之一日，日地距离却远了6700千米，两者叠加，中午离太阳就更远了。

因此到底是中午离太阳近，还是早晨离太阳近，要具体问题具体分析。

地球上一天之内、一年之内的冷暖变化，与日地距离的远近无关，而与太阳光线与地平面的夹角有关。
正午12时的时候，太阳高度角最大，等量太阳辐射经过的大气路程最短，受到大气削弱最少，到达地面的太阳辐射也就最多。同时，由于太阳高度角最大，等量太阳辐射散布的面积最小，单位面积地面上获得的太阳辐射最多，因此12时太阳辐射最强。

但是，正午过后，太阳辐射虽然开始减弱，但地面获得太阳辐射的热量仍多于地面辐射失去的热量，地面温度继续增高，地面辐射继续增强，气温将继续增高。
随着太阳辐射继续减弱，在某一时刻，地面获得的太阳辐射的热量开始少于地面辐射失去的热量时，也就是当地面热量由盈余转为亏损的时候，地面温度将达到一天内的最大值。此时为午后13时左右。

接下来，地面再通过辐射、对流、湍流等方式将热量传给大气，这还需要一个过程，因此要等到午后14时左右，气温才达到最大值。
因此，一天中，最高气温出现在午后14时。

14时以后，太阳辐射逐渐减小，地面温度降低，气温也随之降低，日落后，没有太阳辐射收入，只有热量支出，地面温度继续降低，一直到第二天日出前后，重新有太阳辐射收入的时候，气温达到一天中的最低值。
因此，一天中，最低气温出现在日出前后。

这是个看似简单实际复杂的问题，不过，在今天，科学家们已完全能解答这个问题了，一句话；日出日落时间和太阳的高度在一年内不断变化，而且随纬度不同而不同。1955年，我国著名天文学家戴文赛教授对这个问题作了深入的研究，并发表了论文《太阳与观测者距离在一日内的变化》。 以北京为例，12月15日到1月22日，中午的太阳比早晚的都近；l月22日到6月5日，中午的太阳比早上的远，比晚上的近，6月5日到8月1日，中午的太阳又比早晚的都近；8月1日到12月15日，中午的太阳比早上的近，比晚上的远。其中1 月22日和6月5日两天，太阳与地球的距离早、午相等；8月l日和12月15日两天，太阳与地球的距离午、晚相等。这是1954年的时候计算出来的，可以适用100年，100年以后，会相差一天。

如果日地距离在一天内没有变化时，应该是中午近，地球是个球的话，早晨是切线长度，中午时割线中球外一点到球面距离，近似相差一个地球半径

一样