从太阳出现在地平线上或在其设置处与之相遇的时间到它完全可见或在其设置中不再可见的时间,需要多少时间?其次,世界上是否有几天发生日出/日落的地方?就是说,从它开始出现在地平线上直到它完全可见为止,经过了几天的时间而没有夜晚介入(相反,在日落的情况下也是如此)?
从太阳出现在地平线上或在其设置处与之相遇的时间到它完全可见或在其设置中不再可见的时间,需要多少时间?其次,世界上是否有几天发生日出/日落的地方?就是说,从它开始出现在地平线上直到它完全可见为止,经过了几天的时间而没有夜晚介入(相反,在日落的情况下也是如此)?
Answers:
所花费的时间取决于多种因素:虽然路径也有光学效应,但太阳光与地平线之间的夹角是主要的角度,但也有光学效应。
通常,离您所居住的赤道越近,角度越陡峭,因此日落越快。
使用Stellarium我做了一些测试:
似乎在大多数人口稠密的地区,日落需要2到5分钟。
在每年的这个时候,有一些位置靠近南极圈,那里的太阳只是部分落下,然后又升起。在极点,太阳每天都在天空中水平移动。夏季有永久的太阳,随着冬天临近,太阳越来越靠近地平线,然后持续几天。(Randall在Barry链接的博客中计算了38到40个小时)
如http://aa.quae.nl/zh-CN/antwoorden/zonpositie.html#14中所述,日出/日落的长度从春分点的大约128 / cos(纬度)秒变化到大约142 / cos(1.14 *纬度) )。
更具体地说,这是不同纬度的日出/日落时间:
超过北纬或南纬65度时,太阳不会每天升起或落下,并且日出/日落的时间会显着增加。
上面绘制的数据是日出的时间,但日落的时间非常相似。
该程序的所有计算均使用以下程序进行:
https://github.com/barrycarter/bcapps/blob/master/ASTRO/bc-solve-astro-12824.c
日出/日落时间的原始输出:
https://github.com/barrycarter/bcapps/blob/master/ASTRO/sun-rise-set-multiple-latitudes.txt.bz2
您可以在以下位置验证这些结果:http : //aa.usno.navy.mil/data/docs/RS_OneYear.php
我发现2015年的最长日出时间是南纬89度51分钟,东经125度。在那里,太阳从2015年9月20日开始在2352升起,上下起伏(但从未完全落下),最后在43小时21分钟后(2015年9月22日在1913年)结束升起,但是请注意这个答案。
您可以通过首先使用以下参数访问http://aa.usno.navy.mil/data/docs/RS_OneYear.php来“验证”此操作 :
要得到:
Sun or Moon Rise/Set Table for One Year
o , o , Astronomical Applications Dept.
Location: E125 00, S89 51 Rise and Set for the Sun for 2015 U. S. Naval Observatory
Washington, DC 20392-5420
Universal Time
Jan. Feb. Mar. Apr. May June July Aug. Sept. Oct. Nov. Dec.
Day Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set Rise Set
h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m h m
01 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
02 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
03 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
04 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
05 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
06 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
07 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
08 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
09 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
10 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
11 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
12 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
13 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
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16 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
17 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
18 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
19 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** ****
20 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 2352 **** **** **** **** **** ****
21 **** **** **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
22 **** **** **** **** 1842 1614 ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
23 **** **** **** **** 0708 ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
24 **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
25 **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
26 **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
27 **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
28 **** **** **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
29 **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
30 **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** **** **** **** **** ****
31 **** **** ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- **** **** **** ****
(**** object continuously above horizon) (---- object continuously below horizon)
请注意,太阳在9月20日升至2352,并且在一年中的其他时间都没有落下,这验证了日出的开始时间。
验证结束时间有些麻烦。为此,请使用以下参数访问 http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi:
要得到:
Revised : Jul 31, 2013 Sun 10
PHYSICAL PROPERTIES (revised Jan 16, 2014):
GM (10^11 km^3/s^2) = 1.3271244004193938 Mass (10^30 kg) ~ 1.988544
Radius (photosphere) = 6.963(10^5) km Angular diam at 1 AU = 1919.3"
Solar Radius (IAU) = 6.955(10^5) km Mean density = 1.408 g/cm^3
Surface gravity = 274.0 m/s^2 Moment of inertia = 0.059
Escape velocity = 617.7 km/s Adopted sidereal per = 25.38 d
Pole (RA,DEC in deg.) = 286.13,63.87 Obliquity to ecliptic = 7 deg 15'
Solar constant (1 AU) = 1367.6 W/m^2 Solar lumin.(erg/s) = 3.846(10^33)
Mass-energy conv rate = 4.3(10^12 gm/s) Effective temp (K) = 5778
Surf. temp (photosphr)= 6600 K (bottom) Surf. temp (photosphr)= 4400 K (top)
Photospheric depth = ~400 km Chromospheric depth = ~2500 km
Sunspot cycle = 11.4 yr Cycle 22 sunspot min. = 1991 A.D.
Motn. rel to nrby strs= apex : RA=271 deg; DEC=+30 deg
speed: 19.4 km/s = 0.0112 AU/day
Motn. rel to 2.73K BB = apex : l=264.7+-0.8; b=48.2+-0.5
speed: 369 +-11 km/s
Results
*******************************************************************************
Ephemeris / WWW_USER Fri Jan 1 21:49:19 2016 Pasadena, USA / Horizons
*******************************************************************************
Target body name: Sun (10) {source: DE431mx}
Center body name: Earth (399) {source: DE431mx}
Center-site name: (user defined site below)
*******************************************************************************
Start time : A.D. 2015-Sep-22 19:00:00.0000 UT
Stop time : A.D. 2015-Sep-22 20:00:00.0000 UT
Step-size : 1 minutes
*******************************************************************************
Target pole/equ : IAU_SUN {East-longitude +}
Target radii : 696000.0 x 696000.0 x 696000.0 k{Equator, meridian, pole}
Center geodetic : 125.000000,-89.850000,7.057E-13 {E-lon(deg),Lat(deg),Alt(km)}
Center cylindric: 125.000000,16.7540774,-6356.730 {E-lon(deg),Dxy(km),Dz(km)}
Center pole/equ : High-precision EOP model {East-longitude +}
Center radii : 6378.1 x 6378.1 x 6356.8 km {Equator, meridian, pole}
Target primary : Sun
Vis. interferer : MOON (R_eq= 1737.400) km {source: DE431mx}
Rel. light bend : Sun, EARTH {source: DE431mx}
Rel. lght bnd GM: 1.3271E+11, 3.9860E+05 km^3/s^2
Atmos refraction: NO (AIRLESS)
RA format : HMS
Time format : CAL
RTS-only print : NO
EOP file : eop.160101.p160324
EOP coverage : DATA-BASED 1962-JAN-20 TO 2016-JAN-01. PREDICTS-> 2016-MAR-23
Units conversion: 1 au= 149597870.700 km, c= 299792.458 km/s, 1 day= 86400.0 s
Table cut-offs 1: Elevation (-90.0deg=NO ),Airmass (>38.000=NO), Daylight (NO )
Table cut-offs 2: Solar Elongation ( 0.0,180.0=NO ),Local Hour Angle( 0.0=NO )
*******************************************************************************
Date__(UT)__HR:MN Azi_(a-appr)_Elev
****************************************
$$SOE
2015-Sep-22 19:00 *m 128.1772 -0.3117
2015-Sep-22 19:01 *m 127.9272 -0.3109
2015-Sep-22 19:02 *m 127.6771 -0.3101
2015-Sep-22 19:03 *m 127.4270 -0.3093
2015-Sep-22 19:04 *m 127.1770 -0.3085
2015-Sep-22 19:05 *m 126.9269 -0.3077
2015-Sep-22 19:06 *m 126.6769 -0.3069
2015-Sep-22 19:07 *m 126.4268 -0.3061
2015-Sep-22 19:08 *m 126.1767 -0.3053
2015-Sep-22 19:09 *m 125.9267 -0.3045
2015-Sep-22 19:10 *m 125.6766 -0.3037
2015-Sep-22 19:11 *m 125.4266 -0.3029
2015-Sep-22 19:12 *m 125.1765 -0.3021
2015-Sep-22 19:13 *m 124.9264 -0.3013
2015-Sep-22 19:14 *m 124.6764 -0.3005
2015-Sep-22 19:15 *m 124.4263 -0.2997
2015-Sep-22 19:16 *m 124.1762 -0.2989
2015-Sep-22 19:17 *m 123.9262 -0.2981
2015-Sep-22 19:18 *m 123.6761 -0.2973
2015-Sep-22 19:19 *m 123.4261 -0.2964
2015-Sep-22 19:20 *m 123.1760 -0.2956
2015-Sep-22 19:21 *m 122.9259 -0.2948
2015-Sep-22 19:22 *m 122.6759 -0.2940
2015-Sep-22 19:23 *m 122.4258 -0.2932
2015-Sep-22 19:24 *m 122.1757 -0.2923
2015-Sep-22 19:25 *m 121.9257 -0.2915
2015-Sep-22 19:26 *m 121.6756 -0.2907
2015-Sep-22 19:27 *m 121.4256 -0.2899
2015-Sep-22 19:28 *m 121.1755 -0.2890
2015-Sep-22 19:29 *m 120.9254 -0.2882
2015-Sep-22 19:30 *m 120.6754 -0.2874
2015-Sep-22 19:31 *m 120.4253 -0.2865
2015-Sep-22 19:32 *m 120.1753 -0.2857
2015-Sep-22 19:33 *m 119.9252 -0.2849
2015-Sep-22 19:34 *m 119.6751 -0.2840
2015-Sep-22 19:35 *m 119.4251 -0.2832
2015-Sep-22 19:36 *m 119.1750 -0.2823
2015-Sep-22 19:37 *m 118.9250 -0.2815
2015-Sep-22 19:38 *m 118.6749 -0.2807
2015-Sep-22 19:39 *m 118.4248 -0.2798
2015-Sep-22 19:40 *m 118.1748 -0.2790
2015-Sep-22 19:41 *m 117.9247 -0.2781
2015-Sep-22 19:42 *m 117.6746 -0.2773
2015-Sep-22 19:43 *m 117.4246 -0.2764
2015-Sep-22 19:44 *m 117.1745 -0.2756
2015-Sep-22 19:45 *m 116.9245 -0.2747
2015-Sep-22 19:46 *m 116.6744 -0.2739
2015-Sep-22 19:47 *m 116.4243 -0.2730
2015-Sep-22 19:48 *m 116.1743 -0.2721
2015-Sep-22 19:49 *m 115.9242 -0.2713
2015-Sep-22 19:50 *m 115.6742 -0.2704
2015-Sep-22 19:51 *m 115.4241 -0.2696
2015-Sep-22 19:52 *m 115.1740 -0.2687
2015-Sep-22 19:53 *m 114.9240 -0.2678
2015-Sep-22 19:54 *m 114.6739 -0.2670
2015-Sep-22 19:55 *m 114.4239 -0.2661
2015-Sep-22 19:56 *m 114.1738 -0.2652
2015-Sep-22 19:57 *m 113.9237 -0.2644
2015-Sep-22 19:58 *m 113.6737 -0.2635
2015-Sep-22 19:59 *m 113.4236 -0.2626
2015-Sep-22 20:00 *m 113.1735 -0.2618
$$EOE
*******************************************************************************
Column meaning:
TIME
Prior to 1962, times are UT1. Dates thereafter are UTC. Any 'b' symbol in
the 1st-column denotes a B.C. date. First-column blank (" ") denotes an A.D.
date. Calendar dates prior to 1582-Oct-15 are in the Julian calendar system.
Later calendar dates are in the Gregorian system.
Time tags refer to the same instant throughout the universe, regardless of
where the observer is located.
The dynamical Coordinate Time scale is used internally. It is equivalent to
the current IAU definition of "TDB". Conversion between CT and the selected
non-uniform UT output scale has not been determined for UTC times after the
next July or January 1st. The last known leap-second is used over any future
interval.
NOTE: "n.a." in output means quantity "not available" at the print-time.
SOLAR PRESENCE (OBSERVING SITE)
Time tag is followed by a blank, then a solar-presence symbol:
'*' Daylight (refracted solar upper-limb on or above apparent horizon)
'C' Civil twilight/dawn
'N' Nautical twilight/dawn
'A' Astronomical twilight/dawn
' ' Night OR geocentric ephemeris
LUNAR PRESENCE WITH TARGET RISE/TRANSIT/SET MARKER (OBSERVING SITE)
The solar-presence symbol is immediately followed by another marker symbol:
'm' Refracted upper-limb of Moon on or above apparent horizon
' ' Refracted upper-limb of Moon below apparent horizon OR geocentric
'r' Rise (target body on or above cut-off RTS elevation)
't' Transit (target body at or past local maximum RTS elevation)
's' Set (target body on or below cut-off RTS elevation)
RTS MARKERS (TVH)
Rise and set are with respect to the reference ellipsoid true visual horizon
defined by the elevation cut-off angle. Horizon dip and yellow-light refraction
(Earth only) are considered. Accuracy is < or = to twice the requested search
step-size.
Azi_(a-appr)_Elev =
Airless apparent azimuth and elevation of target center. Adjusted for
light-time, the gravitational deflection of light, stellar aberration,
precession and nutation. Azimuth measured North(0) -> East(90) -> South(180) ->
West(270) -> North (360). Elevation is with respect to plane perpendicular
to local zenith direction. TOPOCENTRIC ONLY. Units: DEGREES
Computations by ...
Solar System Dynamics Group, Horizons On-Line Ephemeris System
4800 Oak Grove Drive, Jet Propulsion Laboratory
Pasadena, CA 91109 USA
Information: http://ssd.jpl.nasa.gov/
Connect : telnet://ssd.jpl.nasa.gov:6775 (via browser)
telnet ssd.jpl.nasa.gov 6775 (via command-line)
Author : Jon.Giorgini@jpl.nasa.gov
*******************************************************************************
太阳的角直径约为32弧分,因此太阳的下肢位于太阳中心下方16弧分。当太阳中心的几何高度为-18弧分(-0.3度)时,下肢的几何高度为-34弧分。由于地平线附近的折射也为34弧分,因此当太阳的几何高度为-0.3度时,太阳的下肢会上升。
在上表中,这发生在1914年和1915年之间,但是我的程序使用了稍微更精确的太阳角角数据,并且太阳实际上在1913年和1914年之间(以及接近1913年)完成升起。
然后,您几乎可以在世界中途飞行,到达北纬89度51分钟和经度-19度,以查看一分钟短的最长日落,其日落时间为2015年9月23日的2128点,结束于2015年9月25日的1648点, 43小时20分钟。
在这种情况下,您可以使用 http://aa.usno.navy.mil/data/docs/RS_OneYear.php验证日落的结束时间,并使用HORIZONS验证日落的开始时间。
极地日出和日落时间短得多:
在北极,太阳从2015年3月18日开始在2015年升起,直到2015年3月20日在0441开始升起,持续32小时26分钟。
在南极,太阳从2015年3月21日开始在1650年落山,到2015年3月23日在0117年结束落山,历时32小时27分钟。
在南极,太阳从2015年9月21日开始在0508升起,并在2015年9月22日在1400开始升起,持续32小时52分钟。
在北极,太阳从2015年9月24日在0243开始落山,到2015年9月25日在1131结束落山,历时32小时48分钟。
主要警告:像上面的地平线和日出/日落表格一样,我假设地平线上折射34弧分。对于大多数位置来说,这是合理的,但在日出和日落时间最长的地方,靠近极点可能是不合理的。尤其是在这些纬度上,折射会快速变化,从而可能使日出和日落的时间更长。
我现在认为http://what-if.xkcd.com/42/是不正确的,并且可以ping作者以告知他。
好的,让我们从最简单的数学方法开始,说明实现完全分析性答案的途径。太阳到地球上任何一点的角度宽度均为32弧分钟。即32/60或0.533度的弧度或角度跨度。假设地球没有23度倾斜,这是第一个近似值。然后,作为第二种近似方法,假设地球在24小时内绕太阳旋转,那么您仍在赤道上。我们的计算如下:
0.533度/ 360度)=(日落小时数/ 24小时)。
解决几个小时的日落,您会得到,
24小时X(0.533 / 360)= 0.0355小时,即
0.0355小时X 60分钟/小时= 2.13分钟,即
2.13分钟X 60秒/分钟= 128秒
好的,现在这只是一阶近似值,它解释了先前提供的漂亮图表的最小值。
首先要进行的微不足道的纠正是要注意24小时的假设是不准确的,因此leap年!除此之外,我们实际上每年有23:56。这将使您的日落时间达到127.56秒。
对于深层潜水员来说,真正的解决方案是了解天空中太阳的角宽度为32弧分,但仅在地球上任何一点的任何时刻都可以。因此,下一个计算将是在地球直径上积分以合并您在日落遍历时间内所遍历的角宽度。您的观察者正在移动,随着地球表面旋转,因此,您将太阳的视在角大小散布到该日落时段中所经过的程度,这将增加日落时段的时间。
现在,这是所有这些中比较容易的方面。接下来的计算将添加观测者所在的纬度的几何校正。这将太阳的水平相对运动分量引入观测者,从而大大增加了人们不在夏季或冬季的春分时的时间。(先前的计算使太阳直接垂直于地球的旋转。)在标题为Earth Sun的系统中,这种影响在地球太阳系的春分点处最小化,如果在赤道和每年两次。同样,在先前答案的图表中可以很好地看出这一点。
我希望能帮助人们理解数学和几何学的一些基本基础,而实际计算必须使这些基础有效。
不允许使用计算器,您仍然可以到达那里。
太阳的直径是360的½度,我认为是2分钟。甚至恰好是两个,因为在很久以前,将时间分为几分钟,是将太阳的运动作为基础进行设计的。