为什么视太阳日的长度在远日点低于近日点相比?
TL;博士版:
这个问题有一个简单的答案,那就是地球是绕着太阳在远日点慢比在近日点。更正确的答案(当前时代)是它上面的组合效应和季节性影响。一个更正确的答案是,这并非总是如此。有年遥远未来的(过去),视太阳日比它长在远日点在近日点。
non-TL;博士版:
由于时差,或者更准确地说,方程的时间导数。
有两个主要因素导致一个太阳日的长度不同于平均太阳日的一年。这些是地轴的倾斜的轨道对太阳和地球的轨道的偏心率。
如果地球的轴向倾斜(倾角)零这个问题很容易回答。太阳天略长于恒星日因为地球需要旋转360°度多一点关于星星克服地球轨道角速度的影响。地球的轨道角速度慢在远日点,最快在近日点。这意味着零轴向倾斜的地球将其最长太阳日近日点和远日点最短。
倾角增加一个混杂因素。如果地球的轨道是圆形,最短的太阳天会发生任何分点和最长的至点。倾斜的贡献的时差有点大于贡献由于偏心。由于倾角贡献的频率是两倍的离心率的贡献,倾斜的贡献一个太阳日的长度是离心率的两倍多。
目前,近日点冬至后的几周发生在远日点大约几周发生在夏至之后。这意味着由于偏心的影响和由于倾斜近阶段在冬至和近日点但几乎是夏至,远日点之间的阶段。
这两个之间的影响都是积极的和近阶段冬至和最长近日点使太阳能的发生之间,夏至和近日点。这两个效应是近阶段的夏至,远日点太阳日远日点略超过平均水平,但低于在近日点。
最短的太阳天怎么样?这些发生在春分和秋分,秋分略击败附近的最低最低春分点附近。
下面的图显示了时间的方程(视太阳时减去挂钟时间)在蓝色和视太阳日的长度(时间之间的一个太阳能中午和下一个)在红色的2022年。我已经减去24小时从视太阳日的长度为便于策划。曲线显示效果从离心率和轴向倾斜,蓝色曲线(时间)的方程显示从偏心的影响超过红色曲线。
python3脚本用于生成上述情节
进口ephem matplotlib进口。奥林匹克广播服务公司pyplot plt观察= ephem.Observer ()。lat,奥林匹克广播服务公司。朗= ' 0.0 ',' 0.0 '奥林匹克广播服务公司。日期= " 2021/12/31 06:00时“奥林匹克广播服务公司。日期= obs.next_transit (ephem.Sun ()) prev_transit =奥林匹克广播服务公司。日期prev_dtup = prev_transit.tuple () prev_doy = 1 + (prev_dtup [3] + (prev_dtup [4] + prev_dtup[5] / 60.0) / 60.0) / 24.0 =[]的钟表= []lod_doys日期= eots系统[]= []eot_doys =[]我的范围(365):next_transit = obs.next_transit (ephem.Sun ()) lod = (next_transit-prev_transit-1) * 86400 dtup = next_transit.tuple () next_doy =我+ (dtup [3] + (dtup [4] + dtup[5] / 60.0) / 60.0) / 24.0测试结束= (dtup [3] -12) * 60 + dtup [4] + dtup [5] / 60.0 dates.append (next_transit) lods.append (lod) lod_doys.append (0.5 * (prev_doy + next_doy)) eots.append(测试结束)eot_doys.append (next_doy)奥林匹克广播服务公司。日期= next_transit prev_transit = next_transit prev_doy = next_doy红色= '选项卡:红色蓝色= '选项卡:蓝色黑色=“k”图,eot_plot = plt.subplots () lod_plot = eot_plot.twinx eot_plot ()。set_xlabel(每年的一天)eot_plot.set_xlim ([0365]) lod_plot.plot([0365],[0.0, 0.0],颜色=黑色,ls =“点缀”,lw = 1) lod_plot。文本(80年,24.0,“钟”前视太阳时,颜色=蓝色)lod_plot。文本(80年,20.4,“视太阳日超过24小时”,颜色=红)lod_plot。文本(80年,-23.4,“钟”背后视太阳时,颜色=蓝色)lod_plot。文本(80年,-27.0,“视太阳日短于24小时”,颜色=红)lod_plot。set_ylabel(视太阳日的长度——24小时(s),颜色(红色)lod_plot。情节(lod_doys、钟表、颜色=红、lw = 2) lod_plot。tick_params(轴= ' y ', labelcolor =红色)lod_plot.set_ylim eot_plot ([-30.24, 30.24])。set_ylabel(方程的时间(m),颜色(蓝色)eot_plot。情节(eot_doys eots,颜色=蓝色,lw = 2) eot_plot。tick_params(axis='y', labelcolor=blue) eot_plot.set_ylim([-16.7,16.7]) fig.tight_layout() plt.show()日晷将前一个挂钟时间的方程是正的,在时间的方程是负的。同样,时间增加时,红色曲线的方程是积极的(一个太阳日的长度大于24小时)时,减少红色曲线是负的。蓝色曲线的极值(时差)对应于零交叉的红色曲线(视太阳日- 24小时)。这是因为红色曲线实际上是一个按比例缩小的版本的时间导数的曲线。
红色曲线的极值呢?这些符合任何分点(局部最小值),至点(最大值)。在2022年极值
- 2022/03/25 19:02:04值= -18.078795180186802
- 2022/06/20 21:56:34值= 13.067898528426383
- 2022/09/16 08:08:48值= -21.470782163473018
- 2022/12/23 00:49:59值= 29.950310073944365
的日期和时间的分点和至点有着2022年
- 2022/03/20 15:33:21(春分)
- 2022/06/21 09:13:57(夏至)
- 2022/09/23 01:03:33(秋分)
- 2022/12/21 21:48:00(冬至)
这几天内一致的极值太阳日的长度。离心率的贡献发挥作用在一个太阳日的长度,但它是小而轴向倾斜所扮演的角色。
可以想象未来的时候,轴向倾斜和偏心造成的影响到目前为止不同步,控制轴倾角的影响已经压倒由于偏心影响到了这样一种程度,一个太阳日比它长在远日点在近日点。如果pyephem仍然是准确的在接下来的18000年里(可疑的),发生在19432年(和在许多年之后)。的日期和时间六个19432年的兴趣点
- 19432/03/02 11:01:32(春分)
- 19432/04/29 06:27:28(远日点)
- 19432/06/02 23:54:23(夏至)
- 19432/09/02 10:33:00(秋分)
- 19432/10/19 16:39:16(近日点)
- 19432/12/01 13:51:43(冬至)
时间/太阳日的长度方程19432年图如下所示。近日点和远日点日期(19432/04/29 06:27:28和19432/10/19 16:39:16)使用竖线。太阳日的长度在这些时间点几乎是相等的,但太阳一天比在近日点在远日点略长。
