在夏至，太陽升至最高點(diǎn)，并在天空劃過最長(zhǎng)的路徑；冬至則相反。

Credit: DANILO PIVATO OF HTTP://WWW.DANILOPIVATO.COM/

盡管地球在持續(xù)自轉(zhuǎn)，但地軸并不垂直于公轉(zhuǎn)軌道，它傾斜了23.5度。因此，地球公轉(zhuǎn)會(huì)有兩個(gè)“分”的特殊位置，在這個(gè)位置太陽和地球連線垂直于地軸；也會(huì)有兩個(gè)“至”的特殊位置，在這個(gè)位置太陽和地球連線與地軸夾角最大。

Credit: LARRY MCNISH / RASC CALGARY CENTRE

夏至冬至并不只有晝夜長(zhǎng)短那么簡(jiǎn)單，讓我們一同探究以下的內(nèi)容：

我們使用針孔相機(jī)可以記錄太陽在天空中的軌跡，上圖中最低的軌跡是冬至?xí)r的，最高的軌跡是夏至?xí)r的。

Credit:REGINA VALKENBORGH / WWW.REGINAVALKENBORGH.COM

1、拉丁語中“至”(Solstice)意味著“太陽相對(duì)固定”

如果我們記錄全年的太陽運(yùn)行軌跡，正如上圖中我們使用針孔相機(jī)來操作。我們能夠看到太陽東升西落的軌跡(東：可能是正東、東北或東南；西：可能是正西、西北或西南，具體取決于南北半球、緯度和月份)。在夏至或冬至前后一周，我們可以看到相同時(shí)間的太陽高度位置很接近，因此會(huì)有拉丁語的名詞，“sol”指太陽，“stare”指固定的、不動(dòng)的。

如果我們?cè)谕粫r(shí)間、同一位置和同一方向規(guī)律地重復(fù)拍攝太陽，將這些照片疊加就會(huì)形成上圖這樣的“太陽全年運(yùn)行的8字軌跡”，軌跡的傾角取決于你選取的拍攝時(shí)間。

Credit:GIUSEPPE DONATIELLO / FLICKR

2、“太陽全年運(yùn)行的8字軌跡”的頂端就是“至”

我們繼續(xù)研究“太陽全年運(yùn)行的8字軌跡”，這個(gè)軌跡是因?yàn)榈剌S傾角和公轉(zhuǎn)的橢圓形軌道引起的。一起來仔細(xì)看看這個(gè)8字軌跡，軌跡的上頂端對(duì)應(yīng)著夏至拍攝時(shí)間，而下底端對(duì)應(yīng)著冬至拍攝時(shí)間。

注：其實(shí)“太陽全年運(yùn)行的8字軌跡”拍攝難度非常大

接近地平線的太陽或月球顏色偏紅，這是因?yàn)榻仄骄€光線需要穿過更多的大氣，而大氣更容易吸收短波長(zhǎng)光（比如藍(lán)光以及紫外線）。

Credit:MAX PIXEL / FREEGREATPICTURE.COM

3 、盡管夏至?xí)r白天最長(zhǎng)，冬至?xí)r白天最短，但這不意味著最早或最晚的日出和日落。

冬至?xí)r白天最短，我們很容易認(rèn)為這時(shí)會(huì)有最晚的日出和最早的日落。而夏至?xí)r則會(huì)有最早的日出和最晚的日落。而事實(shí)并非如此，“至”和“分”由地軸傾角決定，而最早或最晚日出和日落時(shí)間還會(huì)受到橢圓公轉(zhuǎn)軌道因素的影響。如果公轉(zhuǎn)軌道是正圓形，那以上猜測(cè)成立。然而公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形的，因此北半球的實(shí)際最早日出發(fā)生在夏至前一段時(shí)間，而最晚日落時(shí)間發(fā)生在夏至后一段時(shí)間。赤道處，這個(gè)時(shí)間差長(zhǎng)達(dá)2周，而向北緯度越高時(shí)間差越小。

800年前，冬至和地球近日點(diǎn)時(shí)間相近。因?yàn)樾行抢@日近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)，慢慢地兩個(gè)時(shí)間不斷分開，而進(jìn)動(dòng)的周期是2萬1千年。5000年后，春分時(shí)地球正好處于近日點(diǎn)。

Credit:GREG BENSON AT WIKIMEDIA COMMONS

4、“至”與地球近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)沒有關(guān)系

可能你會(huì)注意到12月的“至”時(shí)，地球臨近近日點(diǎn)(1月初)。同樣，6月21日的“至”地球臨近遠(yuǎn)日點(diǎn)（7月4日），但這僅僅是巧合。因?yàn)樾行抢@日近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)，這個(gè)周期長(zhǎng)達(dá)2萬1千年。因此，會(huì)發(fā)生周期性的“至”和“分”時(shí)點(diǎn)與近日點(diǎn)或遠(yuǎn)日點(diǎn)的時(shí)間重合。

上圖拍攝于阿拉斯加費(fèi)爾班克斯，緯度越高的地區(qū)，太陽越低，在冬至?xí)r非常明顯。

Credit:KEN TAPE

5、如果緯度高于43度，在冬至?xí)r太陽的最高點(diǎn)還沒有此時(shí)在南極看到的高

你是圣誕老人的粉絲嗎？他的家是在北極嗎？當(dāng)圣誕老人在家過“夏至”時(shí)，太陽全天都懸掛在天空大約23.5度的高度。這一高度甚至高于南半球南緯43度以上的地區(qū)，這些地區(qū)包括：新西蘭的基督城和達(dá)尼丁、塔斯馬尼亞島、阿根廷的部分地區(qū)、智利的最南部地區(qū)以及整個(gè)南極洲。

左圖為20度緯度的“至”時(shí)太陽的軌跡，右圖為70度緯度的，可以看出緯度超過66.5度的地區(qū)會(huì)出現(xiàn)極晝和極夜。

Credit:WIKIMEDIA COMMONS USER TAU?OLUNGA

6、極地地區(qū)可以出現(xiàn)極晝和極夜

正因?yàn)榈剌S傾角，黃赤交角23.5度，因此，緯度高于66.5度的地區(qū)會(huì)出現(xiàn)極晝和極夜。在極地圈的外圍地區(qū)太陽僅僅在地平線上下23.5度。但如果在北極和南極，可以經(jīng)歷連續(xù)6個(gè)月的極晝或極夜，極晝和極夜的交替發(fā)生在“分”。

這張照片共曝光12小時(shí)，并且保持每小時(shí)15度的旋轉(zhuǎn)，拍出了360度星軌照片，而在此之前還沒有人能實(shí)現(xiàn)。

Credit:EARL MOSER, VIA HTTP://WWW.ASTRO-TOM.COM/

7、在“至”的幫助下，我們拍出了360度星軌照片

地球自轉(zhuǎn)每24小時(shí)一周，而太陽在地平線下超過12-18度，天空才夠暗才能夠觀察到星星，因此拍攝連續(xù)的360度星軌照片非常困難，它被稱為勒溫挑戰(zhàn)(Lewis’s Challenge)。但如果我們能夠在北極或南極，在極夜時(shí)我們就會(huì)有更多的機(jī)會(huì)。

上圖展示了當(dāng)北極遠(yuǎn)離太陽而朝向滿月的時(shí)候，南極則朝向太陽而遠(yuǎn)離滿月。月球?qū)τ诘厍蜍壍赖姆€(wěn)定非常重要，并且它讓地球的自轉(zhuǎn)變慢。月球的軌道傾角為5.1度，因此完美的太陽-地球-月球連線會(huì)比較復(fù)雜。

Credit:NATIONAL ASTRONOMICAL OBSERVATORY ROZHEN

8、臨近“至”的滿月，滿月軌跡近似于太陽相對(duì)的路徑

因?yàn)榈厍?月球軌道平面與太陽-地球軌道平面僅僅相差5度，因此“至”期間的滿月運(yùn)行軌跡與太陽基本相對(duì)，即太陽軌跡處于最高，則滿月軌跡處于最低。

上圖拍攝于2001年和2002年，使用適中分辨率光譜輻射計(jì)成像數(shù)據(jù)的兩個(gè)地球半球的合成照片?？梢钥闯觯沁@大片的海洋使我們的星球呈現(xiàn)出藍(lán)色，并發(fā)揮著調(diào)節(jié)氣候的重要作用。

Credit:NASA / BLUE MARBLE PROJECT

9、“至”并不意味著最熱或最冷

通常夏至后6個(gè)星期是最熱的時(shí)候，而冬至后6個(gè)星期是最冷的時(shí)候。而其他星球不會(huì)是這樣，因?yàn)樗鼈儧]有地球這樣的廣泛地表水體。地球海洋的質(zhì)量大約是大氣的1000倍，而如此大質(zhì)量的水體吸收和釋放熱量都需要一定的時(shí)間。因此，最熱和最冷的時(shí)候通常在8月和2月，而不是“至”發(fā)生時(shí)的6月和12月。

2004年6月21日，太空船一號(hào)試飛，成為首個(gè)私人設(shè)立的商用載人項(xiàng)目。

Credit:D RAMEY LOGAN / WIKIMEDIA COMMONS / CCA-SA-3.0

10、人類太空探索的兩個(gè)里程碑事件的時(shí)間是在夏至和冬至

2004年6月21日，商用載人亞軌道項(xiàng)目宇太空船一號(hào)成功試飛，現(xiàn)在正好是15周年。1968年12月21日，阿波羅8號(hào)成功發(fā)射，它是首個(gè)載人進(jìn)入月球軌道的探索項(xiàng)目。宇航員弗蘭克·鮑曼(Frank Borman)、吉姆·羅佛爾(Jim Lovell)和比爾·安德斯(Bill Anders)在遙遠(yuǎn)的月球軌道回望地球。

阿波羅8號(hào)任務(wù)中人類在月球軌道上的“回眸”

Credit:NASA / APOLLO 8

當(dāng)航天器從月球背后運(yùn)行出來，藍(lán)色星球逐漸進(jìn)入視野的一刻，比爾驚嘆：“我們想方設(shè)法探索月球，但最震撼的還是回眸地球！”