白天

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地球上4月2日13:00(UT)的白天

白昼白天日间,是地球表面受到日光直接或间接照射之时,即日出日落之间。

相对之下,其它的行星,在旋转之下也会因为被恒星照亮,也会经历白昼的状态。但是此处主要论述地球上的白昼。

特性[编辑]

地球表面在任何时间,大约有一半是被太阳照亮的白昼区域。被直接照亮的地区差不多是半个地球,但由于大气的折射和其他效应,扩大了被照亮的地区,地球被直接或间接照亮的总面积约略超过一半的表面。

由于行星绕着轴自转,地球经历白天的半球无时无刻不在改变。地球的自转轴并不是完全垂直于公转太阳轨道平面(这是与阳光平行的方向),所以在地球上的每个点的白天时间长短与变化都是不同的。此外,由于旋转轴的方向相对于恒星是固定的,相对的他就会对绕着太阳产生变化。这使得地球上每一点的白天长度产生季节性的变化。

从一个观测者的角度来看,白天的期间大概会被定义为从日出,当地球的向东自转使得视太阳盘面的边缘出现在地平线上,到日落,当地球自转导致视太阳的盘面完全消在西方地平线下。由于从地球看见的太阳是一个盘面,而不是点光源,所以日出和日落的瞬间状态是很难确切定义,并且在现象上是有所不同的。此外,地球的大气层进一步的扩散来自太阳的光,延长了日出至日落的时间。日落之后和日出之前的一段时间,间接的光照亮了地球上的天空;这一时段通常称为曙暮光。由于这些间接的光罩影响,有些团体,例如的天文学家,并不认为太阳的盘面消失在地平线下白天就结束了。

昼夜长短随季节和纬度变化[编辑]

白天的长度是纬度和年度中日期的函数,这个例子是40° N(靠近纽约马德里北京的纬度)。
地球北半球夏至的白天。
地球南半球夏至的白天。

考虑到地球的自转轴对它的轨道平面倾斜约23.5度(偏离铅锤线),白天的时间长短在这颗行星随季节而变,具体取决于观测者所在的纬度,而夏天的区域是朝向太阳倾斜的。它们的倾斜朝向太阳,导致半数以上处于夏季的地区,接收到较多的阳光,有着较高的温度和时日光节约时间。在夏天,白天时间的增加有助于温度的提升,但温度的增加并不是完全因为白天时间增加的因果关系。是什么原因导致太阳的角度越高(接近90度),热带越温暖,而两极(几乎在地平线)的温度较低。白天的时数对气温的影响不大,在极区,尽管在夏季有持续24小时的白天,但他们的夏季还不如赤道温暖,而赤道的每一天都只有12小时的白天。

虽然,赤道在任何的季节每天的长短始终是12小时的白天,但在其他的纬度上,白天的长短会随着季节每日变化著。在冬季,白天的长度短于12小时;在夏季,一天的长度则超过12小时。当赤道以北的半球是冬季时,赤道以南的半球则是夏季;反之亦然。

赤道[编辑]

在赤道,无论在什么季节,白天的长度始终是接近12小时,太阳总是垂直的从地平线起落。从春分秋分,它升起的位置略为从东偏向北方,落下的位置则从西略为偏向北方,在天球上的轨迹完全在北半球的天空。从秋分到春分,它升起的位置略为从东偏向南方,落下的位置则从西略为偏向南方,太阳的轨迹则完全在南半球的天空。在春分和秋分这二天,正午的太阳就在天顶(头顶的正上方)。

事实是正午的太阳总是在天顶附近(偏南或偏北永远不会超过23.5度),这也解释了为什么赤道地区是整个行星上最热的区域。次外,日出和日落的过程在赤道上总是进行的很快,因为画过天空的路径是近乎垂直于地平线,在春分与秋分,日出和日落的过程只经历约2分钟的时间。

热带[编辑]

热带地区是地球表面上北纬23.5°和南纬 23.5° 之间的一个区域,在这地区内太阳每年至少有一天直射该地点。北纬23.5°这一条线称为北回归线,因为在制定这条线的年代,太阳的位置在黄道的巨蟹座,所以英文的名称是Tropic of Cancer|Tropic of Cancer;同样的原因,在南半球对应的南回归线英文名称是Tropic of Capricorn。但是,即使在现代,太阳在北回归线时位于双子座,在南回归线时位于人马座,它们依然会如同当年的被命名。因为,对应的是相对于春分点的黄经位置,而不是实际的星座。太阳进入和离开对应的黄道经度,每72年约会递移一度,相关的资讯请参阅岁差

在回归线上,太阳每年只会在对应的至点时刻垂直照射一次。在热带的其他地区,太阳每年会垂直照射该地点两次,垂直照射赤道线的日期则是春分和秋分。除了热带地区之外,太阳永远不会垂直照射其他的地点。

极区[编辑]

靠近极区,接近与地球自转轴与地球表面吻合的点,季节变化使得白天的长度有很巨大的变化。事实上,在距离极点少于23.5°的区域内,一年中总会有几天的太阳永远不会落入地平线下,也有几天的太阳永远不会升起到地平线之上。离极点越远,这个日数会越少,但总是在夏至前后有几天的太阳不会落至地平线下(例如,在北极点总是在春分之前几天,并且延伸至秋分后几天,并且没有所谓的曙暮光)。这种有更多的白天和夜晚并不是极点唯一的。事实上,在任何给定的日期,地球上白天的地区总是略多于夜晚的地区。夏天,太阳超过24小时的白天,称为午夜的太阳,在某些北极区和南极区的国家与地区是非常有名的景象。在北方,北极圈标志着距离北极23.5°的边界,在南方,南极圈标示著这个区域的分界线;这些界线分别对应于北纬或南纬66.5°。由于太阳是一个盘面,并且非常明亮,通常要超越纬度72°以上,才会有真正完全黑暗的一整天,而在这期间的太阳似乎永远不会上升。

在极区,使使在夏天,升起的太阳也永远不会距离地平线太远。这也是这些地区在任何季节,一贯都是世界上最冷地点的原因之一(其它包括 反照率的影响,冰和雪相对地增加了对太阳辐射的反射)。即使在夏至日,当太阳在正午达到最高点的位置时,极点的太阳距离地平线的高度也只有23.5°。此外,当一个人越来越接近极点,太阳穿过天空的路径就越来越倾斜。在北半球接近夏天时,太阳升起和落下的位置越来越靠近北方;在南半球的夏天,则是越来越靠近南方。在极点,太阳的路径则是一个圆,即在一天当中,太阳与地平线的垂直距离大致上是相同的。随着冬季的来临,这个圆环逐渐接近地平线;而随着夏天的临近,圆环会逐渐上升。在极点,视太阳的日出和日落可能会持续好几天。

中纬度[编辑]

中纬度,远离赤道和两极的地区,白天的长度变化是适中的。位于中高纬度的地区,像是蒙特利尔巴黎、和乌斯怀亚,从夏天到冬天的白天常度变化可以非常的引人注目:在夏天,白天可以延续到晚上10点,天空依然是亮的;但是在冬天,下午5点天就黑了。位于低中纬度,像是南加州埃及、和南非,白天的长度变化就比较小,但在夏至和冬至的日子里,白天的长度依然有4小时的差异。越接近赤道,这个差异就越小。

此外,在中纬度的季节性气候变化也较明显,随着白天长度的变化,冬天和夏天,冷与热的差异是很显著的;其他随附的季节性变化还有冬天的冰与雪。在高纬度,寒冷的时间较长,有终年不会融化的冰与雪,季节也不太明显;在热带,大多数情况下都是热的天气,没有冰也没有雪,季节性的变化也不那么明显。

正午的变化[编辑]

正午的太阳,是一天当太阳位于天空中位置最高的时刻,也会随着季节变化。这种变化称为均时差,在一年中的变化幅度大约是30分钟左右。

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