你真的知道太陽幾點起牀嗎_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：田程偲

校譯：陳豔玲 汪榮鑫 陸寅楓 

編排：胡暖暖

原文鏈接：

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/we-dont-really-know-when-the-sun-rises/

上百次日落日出的時間統計表明

我們的計算有缺陷

每24小時，地球都會經歷一次黑夜。我們如同坐在一個在黑暗中疾馳的旋轉木馬上，以1675千米/小時的速度呼嘯越過晨昏線。黑夜裏，我們或是跌落入星光斑駁的深空，或是迷失於現代都市眩暈的人造光流中。還好，我們明白地球運動的規律，知道我們在黑暗後總能迎來黎明。

在與宇宙鍾協調了幾千年之後，你可能以為我們已經能夠準確知道太陽何時升起和落下了。但是，特蕾莎·威爾遜（現在美國海軍天文台）在密歇根大學的技術論文中指出，我們的估計值通常還是會有1到5分鐘的偏差。

2012年在湖面拍攝的日落。Cerdit：Margit L.Steig

通常來説，日出和日落被定義為太陽圓盤頂部在地平線上的時刻。如果我們生活在一個沒有空氣的行星上，用簡單的幾何學便可以計算出這個時刻。但是由於大氣的存在，光不會沿直線從太陽到我們的眼睛。當陽光照射到地球大氣層時，它的路徑會稍微彎曲，當光線深入到越來越稠密的大氣層時，這種效果會加強。這種彎曲效應稱為折射，它在地平線處最為明顯。

威爾遜所能找到的所有公開可用的計算機制都假設在地平線上有一個折射角為34角分——略大於滿月的大小。威爾遜發現早在1865年它就被作為一個標準引用。1月8日，她在西雅圖舉行的美國冬季天文學會會議上發表演講時説：“但使用單一的折射角並不能解釋不同地點不同的氣象條件的折射狀況——從本質上講，我們認為7月份在夏威夷的情況與1月份在阿拉斯加的情況相同。”這種方法也沒有考慮到觀察者所處位置高度的影響。

威爾遜決定弄清楚我們對日出和日落的估計究竟有多精確。她從已公佈和未公佈的數據中找出每一個記錄，最終從30個不同的地理座標中，包括覆蓋水面和陸地的地平線，收集了251個日出和514個日落的時刻。其中大約有600個是氣象數據，這些數據可擬合進三個複雜程度不同的折射模型中，其他數據只能用34角分折射角擬合計算。

她發現，總的來説，地點和季節的不同會造成預測時間的準確性不同。陸地上的日出時間一般在夏季較早，而在冬季則較晚。夏季的差異最大，這可能是由於在這幾個月內有明顯的折射效應，大氣中的氣温温差會比較大。由於冷空氣覆蓋温暖的水面造成的海市蜃樓效應也加劇了一年中日落時間的滯後，有時滯後長達5分鐘。然而，若考慮了觀察者高於地平線的高度，關於水面上地平線的預測會有顯著的改善。

這種扭曲的圖像結合了兩種折射效果：綠閃和一種稱為Novaya Zemlya（NZ）效應的更高的海市蜃樓現象。 NZ效應是由於地平線上的冷近空氣被温暖的空氣所覆蓋。 綠色閃光似乎不會強烈影響日出或日落時間，而NZ效應影響很大。Credit：Brocken Inaglory / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

小貼士

1.綠閃(Green Flash):綠閃是有時在日落之後或日出之前發生的光學現象。 當條件合適時，在太陽圓盤上緣上方可見一個明顯的綠點; 綠色外觀通常持續不超過一兩秒鐘。 極少數情況下，綠色閃光可能類似於從日落（或日出）點射出的綠色光線。

2.NZ效應:Novaya Zemlya效應是由大氣熱層之間的高陽光折射引起的極地海市蜃樓。 Novaya Zemlya效應將給人的印象是太陽昇得比它實際上要早（天文學上説），並且根據氣象情況，這種效應會將太陽呈現為直線或正方形（有時也稱為 “長方形太陽”），由扁平的沙漏形狀組成。 海市蜃樓要求太陽光線通過數百公里（至少400公里）的逆温層，並且取決於反轉層的温度梯度。 太陽光必須彎曲至地球的曲率至少400公里才能使太陽盤的視野升高5°。

3.海市蜃樓現象:海市蜃樓是一種自然發生的光學現象，其中光線彎曲以產生遠處物體或天空的位移圖像。幻影可以被歸類為“劣等”（意思是更低），“優越”（意思是更高）和“Fata Morgana”——一種由一系列異常複雜的垂直堆疊圖像組成的超級海市蜃樓，形成一個快速變化的海市蜃樓。

此外，包含氣象條件的更復雜的折射模型並沒有起到更好的作用：它們對地球大氣中的氣象層（稱為對流層）行為固有的有限假設導致它們聚集在34角分值附近。不管模型如何，她總結説，日出和日落的時間誤差不能精確到2分鐘以內。

兩分鐘也許聽起來並不重要，但威爾遜提醒道，如果GPS

失靈，水手將利用天體導航。她説：“多數水手會告訴你他們能夠通過天體估算出他們的位置，且誤差不會超過1海里。”但如果水手的計算中包括了日落時間，“1分鐘可能會造成15海里的誤差。”知道日出和日落的時刻對於專業和業餘觀測者都有好處。更好地理解光線如何通過大氣折射到達地平線，將有助於我們做出更精準的預測。

『天文時刻』 牧夫出品

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帕克探測器傳回在太陽大氣層中拍攝的第一張照片影像由探測器上的寬場成像儀（WISPR）拍攝，當時距離太陽約 1690 萬英里，但已經闖入了日冕中。背景中那個亮點是水星。圖像中的黑點，則是對比度校正後產生的。