这是一个有趣的问题,但它缺少一个对答案至关重要的关键因素:时间.
地球上离太阳最近的点随时间变化,所以这个问题可以被问到任何时刻,或者一段时间。让我们来分析一下所涉及的因素。
在任何给定的时刻,地球表面上最接近太阳的点被称为“太阳”。赤道的点”。这个点对应于表面上与连接地球中心和太阳中心的假想线相交的点。换句话说,亚太阳点对应的是地球表面阳光垂直于地面照射到地球的点,因此,垂直的物体不会投射出阴影。
(图片来自维基百科:太阳下点)
太阳下点的经度与经络的经度相对应中午太阳.在格林威治(经度0°)上空发生在实际的中午,由于地球每小时旋转15°,这将在一个我们之后(世界时13:00)发生在西经15°,两小时后(世界时14:00)发生在西经30°,依此类推。一般而言,您可以使用以下公式计算太阳下点经度($ \文本{SSP} _{\文本{长}}$).
$ \文本{SSP} _{\文本{长}}= \左(-12年文本{UTC} \ \右)* 15°$
这是一个简化的公式,但对于我们的目的来说已经足够准确了。让我们以下面的日期为例
1969年7月20日,协调世界时20:17
这时,太阳下点的经度是西经124°15',
(20 +(17/60) -12美元)* 15°= 124.25°= 124°15 ' $
找到太阳下点的纬度有点复杂,我们需要知道赤纬关于太阳的。赤纬相当于天球坐标的纬度。为此,请使用一个公式,一个表,或网上计算器NOAA太阳位置计算器.
只需输入日期,即使位置在这里也不重要,我们需要选择“enter Lat/Long—>”以允许将UTC的偏移量输入为0,否则时间将不会被解释为UTC时间。
从那里我们可以发现,我们的例子日期的太阳赤纬是20.58°(20°34′),对应于太阳下点的纬度:20°34′北纬。
因此,1969年7月20日,在协调世界时20:17,太阳下点位于北纬20°34′,西经124°15′,在墨西哥和夏威夷之间。那是当时地球上离太阳最近的点。
现在,如果在太阳下点附近有一座非常高的山会发生什么?那座山离太阳会更近吗?
答案是:有可能。这取决于它相对于太阳下点有多远和多高。
我们可以根据下面的图表进行快速计算(在这个近似中,我们假设地球是球形的,太阳在无限远的地方以及其他简化)
从这里我们有
美元的rr =δH \ $
$D = r ~ \theta$(\θ美元在弧度)
$ \压裂{r '} {r} = \ cosθ(\)美元
经过一些代数运算,你可以写出额外的高度δH \美元需要像太阳下点一样接近太阳
美元\δH = r \离开(1 - \因为\离开(\压裂{D} {r} \) \右)美元
在哪里$ D $是距离和r美元是地球的半径(在这种情况下使用赤道半径全长6378.1公里)
如果我们把这个方程画出来,我们会得到下面的结果
(纵轴为对数)
我们可以看到,离太阳下点10公里左右,~10米就足够比它离太阳更近了。20公里的距离为30米,100公里的距离为800米,200公里的距离为3000米,如果超过340公里,即使是珠穆朗玛峰也不能让你更接近太阳。
所以,离太阳最近的点将是使该值最大化的地理特征${高度}\文本- \δH美元,在那里${高度}$ \文本是海拔的地理特征。我们称这个点为"proxisolar”的观点。这个名字是我编的,但它对下面的讨论很方便。
现在,我们已经了解了确定在给定时刻离太阳最近的点的基础,我们可以解决大多数人在问这个问题时想要解决的问题:
一年中地球上离太阳最近的点是哪一点?
要记住的最重要的事实是,地球和太阳之间的距离在一年中不断变化,使任何地形特征,甚至地球本身的直径都变得矮小。地球到太阳的距离(中心到中心)从近日点(最近)的147,098,074公里到远日点(最远)的152,097,701公里不等。因此,区别在于500万公里!.
近日点发生在1月4日左右,此时太阳赤纬约为-23°,因此太阳下点的纬度在南纬23°左右。这就排除了钦博拉索山、卡扬贝山和珠穆朗玛峰,因为它们距离“近日”点太远了。相比之下,Sairecabur(5,971米,22.72°S)和利坎卡武尔(5916米,22.83°S)是合理的竞争者。
问题是,近日点发生在一年中不同的日子,每年在不同的时间,所以在给定的一年里离太阳最近的点恰好是近日点发生时的“近日点”。
那些认为Sairecabur或Licancabur是离太阳更近的点的人,含蓄地假设地球-太阳的距离在近日点的白天变化不大。因此,这些山脉的额外海拔使它们在那天更接近太阳。不幸的是,这种假设是完全错误的。让我们来看看原因:
地日距离的近似值可以由下面的公式得到
$ d = \压裂{一个(单电子^ 2)}{1 + e \因为\离开文本(\{天}\压裂{360}{365.25}\右)}$
在哪里一个美元是地球轨道的半长轴,e美元是偏心率,和${天}$ \文本是从近日点经过的天数。看看这个方程背后的化简看这里(请注意,转换系数360/365.25在该链接中被错误地颠倒了,感谢@PM2Ring发现这一点)。
如果你用上面的方程求近日点和近日点前后一天的差值,你会得到差值是358公里,而半天的差值是89公里。因此,如果太阳下点恰好在地球的另一边,比如说,利坎卡布尔火山,这座火山就必须在比太阳下点高89公里比它更接近太阳89公里!
因此,我们可以抛弃这样的想法,即某座山可能是每年离太阳更近的点.
如果我们用相对于近日点的距离绘制上面的方程,我们得到以下(使用一个美元而且e美元从在这里)
在这里我们可以看到,如果近日点发生在利坎卡布尔太阳正午之前或之后3小时多一点,那么大约6000米的海拔优势将不足以比近日点的次太阳点更接近太阳,即使这个点在海平面上。
请注意,3小时对应经度45°,在这个大致的纬度上对应大约4600公里。
因此,可以认为利坎卡布尔是地球上在任意一年里最有可能离太阳最近的点。但在给定的一年里,它可能是也可能不是最近的,这取决于近日点在太阳下点的位置。
最后,值得注意的是,地球-太阳在近日点的距离每年变化很大。如果你看这张表是2001年到2100年间的近日点,你会看到的近日点通常相差几千公里.
因此,以2001年至2100年为例,到目前为止,最近的近日点是明年(2020年)的近日点,此时太阳下点位于印度洋中部,距离利坎卡布尔火山和塞雷卡布尔火山约12700公里。因此,本世纪最接近太阳的点将是印度洋中部以南约320公里处的点罗德里格斯岛.
话虽如此,地球上哪一点离太阳最近的问题取决于它所考虑的时间周期。对于每一年、每一个世纪或任何其他任意时期,答案都将是不同的。