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天文学的角度:六件关于冬至每个人都须知道的事

天文物理2019-06-20 10:39:48

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2017年即将结束,也迎来了一年中非常特殊的时刻,至少从天文学的角度来看是这样。过去的12月21日星期四是北半球的冬至日,也就是地球的轴向太阳倾斜的时间,从赤道以北的观测者那里观察到。当然,众所周知,地球围绕太阳旋转的轴向倾斜是季节的原因。但是在12月的冬至——地球倾斜最大的两天都在太阳上倾斜的两天——带来了一些特殊的东西,这是每年这个时候的独特之处。下面是六个关于冬至每个人都必须知道的事。


TOP1、在北极圈以北专注于天体摄影家可以拍摄第一张360度的星轨照片!


没有人曾经从地球上拍摄过360度的恒星轨迹照片。这张照片实际上是一个12小时的曝光时间,在一个按每小时15度的速度旋转的山上,创造出360度的效果。图片版权:Earl Moser, via http://www.astro-tom.com/


需要连续24个小时的黑夜,连续六个月发生的事情,集中在每一个极点上的冬至日。当在轨道上循环时,二分点标志着地球上每一个地方每天接收12个小时的白昼和12个小时的时间。随后,其中一个极点陷入黑暗,围绕该极点的逐渐降低(数字)的纬度。在冬至,在黑暗中23.5度以内的所有纬度(所以在星期六的冬至66.5度以北的每个人)将是24小时的无日照的天空。如果你在足够的北方,全天都可见星星。

如果你能进入北极圈,有清澈的天空,并且快门打开,以北极为中心(或以北) 康沃利斯岛,加拿大, 朗伊尔城,挪威,或夸,格陵兰岛,愿意给它一个镜头吗?

TOP2、北纬43度以上,在冬至的时候不会有太阳升到更高的天空,而不是整天在南极升起


在冬至时,越往北,太阳出现的时间越低,包括地平线以上的最高点。从费尔班克斯,阿拉斯加,如图所示永远不会超过地平线以上几度。图片版权:Ken Tape


没错,南极我们最喜欢的阴暗偏远地方的隐喻之一,将有太阳整天在地平线上高于位置比麦迪逊,威斯康星州,波特兰,俄罗斯,德国,波兰,英国等地都高出地平线。几乎所有的俄罗斯都会在白天的任何时候看到!事实上对于波特兰这样一个温和的地方,北纬45.6度,太阳要到达一个超过你在南极看到的地平线的角度需要一个星期的时间,而对于在AK的安克雷奇观察员,这将不会再发生六个星期!


TOP3、冬至现在非常接近近日点,或是地球离太阳最近的位置,但随着时间的推移正在慢慢改化


就在800年前,近日点和冬至都对齐了。由于地球轨道的旋进(进动),它们正在慢慢地分离,每21000年完成一个完整的周期。图片版权:Greg Benson at Wikimedia Commons


地球围绕太阳的轨道形成了一个近乎完美的椭圆,每年都会完成一次公转。有两种类型的年: 热带的一年,我们定义为365(或有时366)天,是太阳需要花费的时间回到它在天空中相同的位置大约一次以及 恒星年,也就是地球相对于恒星的背景而言返回到同一空间位置的时间,这正是一次公转之前。


这两种年份的测量数据略有不同,大约有26000年;再加上地球轨道相对于恒星的更小的内部岁差(主要是由于其他行星),我们得到的是冬至周期每21000年通过一个完整的轨道。冬至正好与近日点重合,而近日点则在短短几周后就出现了——就在800年前,而且已经逐渐远离它;在大约1万年的时间里它将与远日点重合,或者是离太阳最远的点!在过去的星期四的冬至是你一生中所经历过的最接近太阳的冬至。


TOP4、太阳在天空中的位置较低,意味着最接近冬至日的满月将是全年最高的满月


当地球的北极最大程度地偏离太阳时,它会最大程度地倾斜到地球另一边的满月。图片版权:国家天文台ROZHEN


想想看,当地球的轴线最大限度地向太阳倾斜并且月球满月时,就像地球另一边的太阳一样,这意味着地球的轴线将最大程度地远离月球。(在5度的最大误差范围内,地球 - 月球轨道平面倾向于地球 - 太阳平面的量)。这就意味着,从广义上讲,正如太阳看起来是通过它的最低路径天空中,距离冬至最近的满月将在天空中划出最高的路径,在夏至期间也是如此。


这也意味着最接近冬至的新月将在天空中划出最低的路径,而且由于新月接近冬至,今年将与太阳一样低。当然,南半球今年的这个时候,会发现相当高的新月和低满月,正好北方人所看到的完全相反!


因此,尽管澳大利亚人在两个星期前和两个星期前享受着穿越其最高的天空,北方在两周前和两个星期以前的冬至,将享受满月,这恰巧是一个超级月亮,做着同样的事情!


TOP5、它被称为“至日”,因为太阳在天空中“静止”



在两个冬至周围的每个方向上,大约一个星期的时间,太阳在天空中的路径几乎没有变化,对于所有在两个半球的观察者来说都是如此。因此,我们的“冬至”这个词恰恰标志着这一事件的发生,并解释了为什么,如果你在一年的时间里每天追踪太阳的路径会看到底部附近几乎相同的轨迹(标记冬至)所有这些图像的顶部(标记夏至)。


赤道附近,在纬度20度(左)与远离赤道70度纬度(右)处,太阳在天空中的明显的路径在赤道上是非常不同的。图片版权:Wikimedia Commons user Tauʻolunga


有一种理论认为,庆祝新年的整个想法只是在人类从赤道走出来的时候才开始,那里的太阳通过天空的路径与季节性的气候之间的区别变得非常不同。随着冬至临近,太阳的路径每天都在降低。也许你会害怕,如果你不了解的话,它可能完全落在地平线之下,永远消失。但是冬至标志着它的最低点,然后几天之后,它明显开始再次上升,因此太阳将回到耀眼的春夏高峰,新的一年将开始。也许这就是新年,圣诞节和其他刚刚“重生”庆祝仪式的起源!


对于那些关心人类冒险进入太空的人来说,这是一个特殊的至日奖金。


TOP6、1968年的冬至日,人类首次登月发射


在1968年的冬至,阿波罗8号机组人员发射升空,将第一批人类送入月球轨道。图片版权:美国宇航局的阿波罗图片库/美国国家航空航天局图像S68-56050


阿波罗8号任务是第一次到达月球轨道的载人飞行任务,是在1968年的冬至时发射的,正好在46年前的这个星期天。弗兰克·博尔曼,吉姆·洛维尔和比尔·安德斯是第一个在这么远的距离看到地球的人类, 他们是在冬至,这是今年最黑暗的夜晚,离开地球的旅程。

三天,他们落在月球后面,太阳和地球都隐形了几个小时。当那几小时过去的时候,太阳和地球首先重新出现在月球的边缘上。这是他们看到的。


人类第一次看到地球的月亮升起。这也许是美国国家航空航天局(NASA)在第一次登月前的教育/公众宣传活动中最伟大的时刻。图片版权:美国宇航局/阿波罗8号


正如比尔·安德斯说的:我们来这里是为了探索月球,最重要的是我们发现了地球。


我们在哪里以及如何来到这里的故事,在地球上,太阳系和宇宙中可能是它们中最无所不在的故事!


知识:科学无国界,博科园-科学科普

作者:Ethan Siegel(天体物理学家)

内容:“博科园”判定符合今主流科学

来自:Forbes science

编译:中子星

审校:博科园

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