太陽東出西落?
一個觀察日出日落的活動 郭炳偉

 

多人都認識「日出東方,日落西山。」這句說話。但這句說話只能籠統地描述太陽出沒的大概方向。事實上,在大多數日子堙A太陽並不是在正東和正西方出沒的。以日出來說,除了在春分和秋分前後幾天,日出於正東方之外,其他日子都是偏離正東的。除了日出的方向會改變外,太陽在天空的軌跡也有變化,導致太陽光有時直射或斜射到地面上,季節的變化也是由此而起﹙見圖 1﹚。香港位於北緯約 22 度,日出方位角變化的範圍,是在 65 度﹙夏至日﹚至115度﹙冬至日﹚之間﹙正東是 90 度﹚。太陽在中午的仰角變化,則由約 100 度﹙夏至日﹚至約 45 度﹙冬至日﹚。

造成這些改變,全因為地球自轉的軸心是傾斜的。若果學生有機會看到這個變化,應有助他們瞭解四季的成因。不過,用肉眼直接觀察太陽的日出點及其在天空的軌跡,容易損害眼睛。本文介紹一個簡單、安全、便宜的方法,讓學生自行觀察這些變化。但學生必需要有耐性和恆心,才能得到好的觀察結果。

這方法是用投影方式,來記錄太陽在天空的位置。最重要的器材是一個透明半球狀的膠盆,如沙律盆。我用的一個是從百貨公司的廚房用具部購買的,售價約 20。首先,把膠盆放在一處由早上到傍晚都有陽光照射到的地點,把膠盆反轉,使底部朝天。這樣,我們便可以膠盆的底部當作天球的球面(天球是指天空像個球體,蓋著地面),然後在膠盆的球面記錄一日之內,太陽在天空的軌跡。膠盆放置的位置應劃上記號,以便膠盆移位後,仍可放回原位 。 另外放置膠盆的中心點亦要劃上記號。

如要尋找太陽在天空的位置,可以把筆尖在膠盆的球面上移動,直至筆尖的日影與中心點重疊﹙圖 2﹚。這時中心點和筆尖所連成的直線,向天空伸延,便是太陽在天空的位置。如果把膠盆的球面比作天空,筆尖的位置就代表太陽在天空的位置。這時便可以用筆在膠盆上劃一個「x」,以記錄太陽的位置,並寫下當時的時間。這種方法的好處,是毋須直接觀察太陽,所以比較安全。由早上到傍晚,大約每隔一小時記錄一次,便能記錄得當天太陽在天空的軌跡。如果能在冬至、春分、夏至的日子做記錄,應可得出如圖 3 的結果。圖 3 所顯示的三條軌跡,便是我在 1998年的冬至, 1999年的春分及 1999年的夏至錄得的。因春分和秋分的軌跡是相同的,所以秋分的記錄從略。
 


按此圖 
太陽的軌跡,每天的變化很少,因此即使碰上陰天,或基於其他原因而無法錄得一條完整的軌跡,也可在數天之內補上。

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Copyright (C) 2000 HKIEd APFSLT. Volume 1, Issue 2, Special Section II (Dec., 2000)