白天

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地球上4月2日13:00(UT)的白天

白晝白天日間,是地球表面受到日光直接或間接照射之時,即日出日落之間。

相對之下,其它的行星,在旋轉之下也會因為被恆星照亮,也會經歷白晝的狀態。但是此處主要論述地球上的白晝。

特性[编辑]

地球表面在任何時間,大約有一半是被太陽照亮的白晝區域。被直接照亮的地區差不多是半個地球,但由於大氣的折射和其他效應,擴大了被照亮的地區,地球被直接或間接照亮的總面積約略超過一半的表面。

由於行星繞著軸自轉,地球經歷白天的半球無時無刻不在改變。地球的自轉軸並不是完全垂直於公轉太陽軌道平面(這是與陽光平行的方向),所以在地球上的每個點的白天時間長短與變化都是不同的。此外,由於旋轉軸的方向相對於恆星是固定的,相對的他就會對繞著太陽產生變化。這使得地球上每一點的白天長度產生季節性的變化。

從一個觀測者的角度來看,白天的期間大概會被定義為從日出,當地球的向東自轉使得視太陽盤面的邊緣出現在地平線上,到日落,當地球自轉導致視太陽的盤面完全消在西方地平線下。由於從地球看見的太陽是一個盤面,而不是點光源,所以日出和日落的瞬間狀態是很難確切定義,並且在現象上是有所不同的。此外,地球的大氣層進一步的擴散來自太陽的光,延長了日出至日落的時間。日落之後和日出之前的一段時間,間接的光照亮了地球上的天空;這一時段通常稱為曙暮光。由於這些間接的光罩影響,有些團體,例如的天文學家,並不認為太陽的盤面消失在地平線下白天就結束了。

晝夜長短隨季節和緯度變化[编辑]

白天的長度是緯度和年度中日期的函數,這個例子是40° N(靠近紐約馬德里北京的緯度)。
地球北半球夏至的白天。
地球南半球夏至的白天。

考慮到地球的自轉軸對它的軌道平面傾斜約23.5度(偏離鉛錘線),白天的時間長短在這顆行星隨季節而變,具體取決於觀測者所在的緯度,而夏天的區域是朝向太陽傾斜的。它們的傾斜朝向太陽,導致半數以上處於夏季的地區,接收到較多的陽光,有著較高的溫度和時日光節約時間。在夏天,白天時間的增加有助於溫度的提升,但溫度的增加並不是完全因為白天時間增加的因果關係。是甚麼原因導致太陽的角度越高(接近90度),熱帶越溫暖,而兩極(幾乎在地平線)的溫度較低。白天的時數對氣溫的影響不大,在極區,儘管在夏季有持續24小時的白天,但他們的夏季還不如赤道溫暖,而赤道的每一天都只有12小時的白天。

雖然,赤道在任何的季節每天的長短始終是12小時的白天,但在其他的緯度上,白天的長短會隨著季節每日變化著。在冬季,白天的長度短於12小時;在夏季,一天的長度則超過12小時。當赤道以北的半球是冬季時,赤道以南的半球則是夏季;反之亦然。

赤道[编辑]

在赤道,無論在甚麼季節,白天的長度始終是接近12小時,太陽總是垂直的從地平線起落。從春分秋分,它升起的位置略為從東偏向北方,落下的位置則從西略為偏向北方,在天球上的軌跡完全在北半球的天空。從秋分到春分,它升起的位置略為從東偏向南方,落下的位置則從西略為偏向南方,太陽的軌跡則完全在南半球的天空。在春分和秋分這二天,正午的太陽就在天頂(頭頂的正上方)。

事實是正午的太陽總是在天頂附近(偏南或偏北永遠不會超過23.5度),這也解釋了為什麼赤道地區是整個行星上最熱的區域。次外,日出和日落的過程在赤道上總是進行的很快,因為畫過天空的路徑是近乎垂直於地平線,在春分與秋分,日出和日落的過程只經歷約2分鐘的時間。

熱帶[编辑]

熱帶地區是地球表面上北緯23.5°和南緯 23.5° 之間的一個區域,在這地區內太陽每年至少有一天直射該地點。北緯23.5°這一條線稱為北回歸線,因為在制定這條線的年代,太陽的位置在黃道的巨蟹座,所以英文的名稱是Tropic of Cancer|Tropic of Cancer;同樣的原因,在南半球對應的南回歸線英文名稱是Tropic of Capricorn。但是,即使在現代,太陽在北回歸線時位於雙子座,在南回歸線時位於人馬座,它們依然會如同當年的被命名。因為,對應的是相對於春分點的黃經位置,而不是實際的星座。太陽進入和離開對應的黃道經度,每72年約會遞移一度,相關的資訊請參閱歲差

在回歸線上,太陽每年只會在對應的至點時刻垂直照射一次。在熱帶的其他地區,太陽每年會垂直照射該地點兩次,垂直照射赤道線的日期則是春分和秋分。除了熱帶地區之外,太陽永遠不會垂直照射其他的地點。

極區[编辑]

靠近極區,接近與地球自轉軸與地球表面吻合的點,季節變化使得白天的長度有很巨大的變化。事實上,在距離極點少於23.5°的區域內,一年中總會有幾天的太陽永遠不會落入地平線下,也有幾天的太陽永遠不會升起到地平線之上。離極點越遠,這個日數會越少,但總是在夏至前後有幾天的太陽不會落至地平線下(例如,在北極點總是在春分之前幾天,並且延伸至秋分後幾天,並且沒有所謂的曙暮光)。這種有更多的白天和夜晚並不是極點唯一的。事實上,在任何給定的日期,地球上白天的地區總是略多於夜晚的地區。夏天,太陽超過24小時的白天,稱為午夜的太陽,在某些北極區和南極區的國家與地區是非常有名的景象。在北方,北極圈標誌著距離北極23.5°的邊界,在南方,南極圈標示著這個區域的分界線;這些界線分別對應於北緯或南緯66.5°。由於太陽是一個盤面,並且非常明亮,通常要超越緯度72°以上,才會有真正完全黑暗的一整天,而在這期間的太陽似乎永遠不會上升。

在極區,使使在夏天,升起的太陽也永遠不會距離地平線太遠。這也是這些地區在任何季節,一貫都是世界上最冷地點的原因之一(其它包括 反照率的影響,冰和雪相對地增加了對太陽輻射的反射)。即使在夏至日,當太陽在正午達到最高點的位置時,極點的太陽距離地平線的高度也只有23.5°。此外,當一個人越來越接近極點,太陽穿過天空的路徑就越來越傾斜。在北半球接近夏天時,太陽升起和落下的位置越來越靠近北方;在南半球的夏天,則是越來越靠近南方。在極點,太陽的路徑則是一個圓,即在一天當中,太陽與地平線的垂直距離大致上是相同的。隨著冬季的來臨,這個圓環逐漸接近地平線;而隨著夏天的臨近,圓環會逐漸上升。在極點,視太陽的日出和日落可能會持續好幾天。

中緯度[编辑]

中緯度,遠離赤道和兩極的地區,白天的長度變化是適中的。位於中高緯度的地區,像是蒙特婁巴黎、和烏斯懷亞,從夏天到冬天的白天常度變化可以非常的引人注目:在夏天,白天可以延續到晚上10點,天空依然是亮的;但是在冬天,下午5點天就黑了。位於低中緯度,像是南加州埃及、和南非,白天的長度變化就比較小,但在夏至和冬至的日子裡,白天的長度依然有4小時的差異。越接近赤道,這個差異就越小。

此外,在中緯度的季節性氣候變化也較明顯,隨著白天長度的變化,冬天和夏天,冷與熱的差異是很顯著的;其他隨附的季節性變化還有冬天的冰與雪。在高緯度,寒冷的時間較長,有終年不會融化的冰與雪,季節也不太明顯;在熱帶,大多數情況下都是熱的天氣,沒有冰也沒有雪,季節性的變化也不那麼明顯。

正午的變化[编辑]

正午的太陽,是一天當太陽位於天空中位置最高的時刻,也會隨著季節變化。這種變化稱為均時差,在一年中的變化幅度大約是30分鐘左右。

相關條目[编辑]