科普:太阳升起的方向也会变吗？

编者按："浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索"，为此，中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏，为大家讲述有趣的故事，介绍一些与空间科学和航天相关的知识。

“太阳打西边出来了”几乎每个中国人都听到过，也明白是什么意思——在地球上，太阳“永远”是东升西落的，如果看到太阳从西边的地平线升起，说明发生了不可思议的怪事。但是，实际上真的是这样吗？如果我说，随着季节的更替，太阳升起的东南西北方向，也在改变呢？

现在大家都很熟悉，太阳之所以“东升西落”，是因为我们居住的地球，在宇宙当中自西向东自转。对下图中地球上的人来说，我们就是先从比自己更靠东的方向看到太阳，随后太阳移动到自己头顶，最后太阳从比自己更靠西的方向离开视线，故而“东升西落”。

（图片来自网络）

但是，地球的自转相对于绕着太阳的公转平面来说，自转的轴是倾斜的。地轴相对于公转平面倾斜的角度是66°34′。太阳距离地球非常远，太阳光照到地球时，相当于平行光，它直接照射在地球的位置就跟随着季节变化的倾斜“姿势”有关：

如果阳光从倾斜轴的侧面而来，就会直射地球的中间部分，也就是赤道——印度尼西亚、新加坡就在赤道附近，一年四季都非常炎热。一年当中，春分（3月21日）、秋分（9月23日）前后，太阳光就直射赤道。

如果倾斜的地球的北极朝向太阳，此时阳光直射的是北纬23°26′的纬线上，称为北回归线，回归的意思是阳光明年还会来这里。咱们中国的台湾就处在北回归线上。因此，中国大部分地区都在北回归线以北。并且，阳光可以把北极的另一侧、北纬66°34′以北全部照亮，北纬66°34′的纬线称为北极圈。一年当中，夏至（6月22日）前后，太阳光直射北回归线，并照亮北极圈中的北极地区，这里一天到头都是白天，称为极昼。与之相对的，南纬66°34′的纬线称为南极圈，在夏至的时候，整个南极圈中的南极地区整天都照不到阳光，称为极夜。

倾斜的地球与平行的太阳光（图片来自网络）

如果地球绕着太阳转过半个圈去，倾斜的地球的南极朝向太阳，阳光直射的是南纬23°26′的纬线上，称为南回归线。和上边的原理相似，一年当中，冬至（12月22日）前后，太阳光直射南回归线，南极出现极昼、北极出现极夜。

1985年以前，地球表面的回归线的唯一标志是我国台湾省嘉义县的“北回归线标”石碑，它表明北回归线从那里经过。1985年7月15日，我国在广东省从化县又建立了一座高达27.55米的北回归线标志塔，塔身呈火箭形，东、西、南、北各有拱门，塔底正中铺有大理石，以红色玛瑙嵌入中圆点，以示太阳直射位置。1997年竣工的位于广西桂平市的北回归线标志公园，也是一处北回归线的标识。

广西桂平市的北回归线标志公园（图片来自网络）

一年当中，太阳光直射的位置是周而复始动态变化的。夏至时分太阳光直射北回归线是一年中的最北端，我国大部分地区都酷暑难耐；从夏天到秋天，太阳直射点逐渐南移，北方气温也逐渐减低，到秋分时候太阳直射赤道，多数地区已经秋高气爽；从秋天继续到冬天，也就是咱们现在这个时间，太阳直射点已经去了南半球，我国大部分地区进入寒冬；冬至之后，太阳直射点逐渐北移，春暖花开，直至再次进入夏季。在这个过程中，只有台湾、海南等地始终有充足的阳光维持炎热的天气。

由于直射点是变化的，极昼、极夜也并非是整个南极圈、北极圈内一同出现，具体极昼、极夜范围的纬度是90°减去太阳直射点的纬度，比如太阳直射北纬10°，此时北纬80°以上出现极昼，南纬80°以上出现极夜。

因此，地球上不同的地区因为阳光照射的多寡而形成特定的气候，北回归线和南回归线之间的地区为热带，这里太阳可以直射，获得的热量最多；北回归线和北极圈之间的地区为北温带，南回归线和南极圈之间的地区为南温带；北极圈和南极圈所圈定的地区为北寒带和南寒带。温带地区太阳终年只能斜射，获得的热量适中。我国大部分地区位于北温带内，属于温带气候。

气候带的分布（图片来自网络）

咱们书归正传，既然太阳的“东升西落”，是地球自西向东自转时，地球上的人们观察太阳相对于地球上的东西方向而感受到的，那么，由于地球倾斜的自转，太阳光照射的角度不同，地球上不同地方的人，会不会得出第一缕阳光来自不同方向的结论？答案是肯定的。

对于北极点来说，它是地球的最北之处，对这里的人而言，太阳任何时候都在南方；南极点也相似，太阳任何时候都在北方。而在出现极昼和极夜的地区，没有日出和日落，也就不用考虑太阳升起的方向。但刚好出现极昼和极夜的那个纬度线的人看到了日出和日落的瞬间，对北半球的人来说日出和日落都在北向，而对南半球的人来说日出和日落都在南向。

同前，太阳光直射北回归线时的昼夜晨昏线（图片来自网络）

对于全球其他地方的人呢？这就要看季节了。

在春分-秋分时，太阳光直射地球赤道，全球其他地方均为日出正东、日落正西，也就是最严格而标准的太阳“东升西落”。

在春分之后、秋分之前，也就是咱们北半球的夏季前后，太阳光直射北半球，全球其他地方均为日出东北、日落西北。所以，有时候我们会觉得太阳竟然是北边升起的。

在秋分之后、春分之前，也就是北半球的冬季前后，太阳直射南半球，全球其他地方均为日出东南、日落西南。咱们中国现在经历的就是这个状态。