這是一個看起來很簡單但實際上十分有意思的問題。首先你要搞清楚的是日出時間的定義,是太陽中部穿過地平線的時候,還是太陽頂端穿過地平線的時候?又或者是太陽底端穿過地平線的時候?還有,你是将海平面當做地平線還是根據你所在位置的地形确定地平線呢?
地球的大氣層也會對太陽升起産生影響,它使得光線發生折射(或者使其方向偏轉),以緻于我們在有大氣層情況下會比沒有大氣層的情況下早一些見到太陽。美國海軍天文台對日出、日落的定義如下:
按照慣例,日出和日落指的是太陽圓盤頂部邊緣接觸地平線的時刻,把地平線看作是遠處相對觀察點位置無遮擋的天地相交線。我們假設大氣狀況是均勻的,并且大氣層位于地球表面某一高度水平的區域。
因為地球繞自轉軸旋轉,所以天上的星體看起來升起又落下。位于磁偏角零度的星體(或者說是位于赤道正上空的星體)一天中有12個小時出現在天空中, 12個小時位于地平線之下。因此,當太陽位于磁偏角0度位置時(春分和秋分時刻)白晝時長為12個小時,黑夜時間也是12個小時。太陽位于最高點位置時(太陽穿過子午線時)被定義為本地正午。
對于北半球的觀測者而言,太陽位于天球赤道北部時,一天内白晝時間長于12小時(北極地區太陽甚至不會落下);太陽位于天球赤道南部時,一天内白晝時長短于12個小時(南極地區太陽甚至不會升起)。冬季,北半球太陽位于天球赤道南部,所以日照時間少于12小時——實際日照時長取決于當地實際緯度,本地正午時刻仍然是太陽位于最高點的時間。
紐約伊薩卡島上空星體運行路徑(來源:康奈爾天文201頁)
因此,理論上使用本地時間就可以很容易推算出日出時間。你需要了解這時太陽磁偏角的度數,然後觀察在這個磁偏角下你所在緯度上每天白晝的時長,用本地正午時間減去大約1/2白晝時長(為什麼是大約呢?請看第一段),就可以得出當地太陽升起的時間了。
當然,我們不使用本地時間(鐘表上顯示的時間)——那是我們的時區時間——世界劃分為許多區域,規定每一個特定區域内時間相同,稱為時區時間。隻有在時區正中心位置的時區時間才等于真實本地時間,所以你還需要知道真實本地時間與手表上時間的誤差。
實際上,如果你想知道更多細節上的東西,那要更複雜些,美國海軍天文台有一些推薦讀物,它們也有一些線上項目可以讓你很方便地推算日出時間。
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