知識點

（1）太陽的日出、日落方向

太陽的日出日落方向，即為“太陽的視運動”，即我們站在地球上，所看到太陽在天空中的運動軌跡。運動軌跡有4條規律：

①太陽直射北半球時：太陽東北升起、西北落下；

②太陽直射赤道時：太陽正東昇起、正西落下；

③太陽直射南半球時：太陽東南升起、西南落下；

④觀察者的位置：站在北半球觀察，則太陽的視運動軌跡向南傾斜；站在南半球觀察，運動軌跡向北傾斜。

圖1 北半球的太陽視運動軌跡

（2）正午太陽高度角

正午太陽高度角，指的是中午12:00時（地方時），太陽直射光線與地平面的夾角。它的計算公式如下，其中α為正午太陽高度角，β為觀察者的緯度，γ為太陽直射點的緯度。

α = 90° - | β - γ |

圖2 正午太陽高度角示意圖

（3）太陽直射點的季節移動

由於地球公轉軌道（黃道）與自轉軌道（赤道）存在著一個夾角（黃赤交角，23°26′），且地軸永遠指向北極星的方向，因此太陽直射點會在南、北迴歸線之間，往復移動。運動的週期為一個迴歸年（365日5時48分46秒）。具體的運動過程如下：

①春分-夏至：太陽直射點由赤道開始，向北移動，到達北迴歸線；②夏至-秋分-冬至：太陽直射點向南移動，經過赤道，到達南迴歸線；③冬至-春分：太陽直射點向北移動，到達赤道。

太陽直射點移動時，會伴隨著晝夜長短、極晝極夜現象的變化。①太陽直射北半球時，北半球晝長夜短，且越往北，晝越長夜越短，北極點周圍出現極晝現象；②太陽直射南半球時，北半球晝短夜長，且越往北，晝越短夜越長，北極點周圍出現極夜現象；③太陽直射赤道時，全球晝夜平分，沒有極晝極夜現象。

圖3 太陽直射點的移動軌跡

實例——旗杆影子

如下圖所示，旗杆影子早晨在西北、中午12:00在正南、黃昏在東北，旗杆影子與太陽光線的夾角為α。請問旗杆處在南半球還是北半球？處在哪個季節？

圖4 一天中的旗杆影子示意圖

（1）判斷太陽的日出、正午、日落方向

太陽的方向，與影子的方向恰好相反。因此太陽日出-正午-日落的方向為：東南-正北-西南。

（2）判斷季節、晝長、旗杆的大致位置

太陽日出東南、日落西南，因此太陽直射點位於南半球，此時是南半球的夏半年、北半球的冬半年（9.23-次年3.21）。此時南半球晝長>12h，北半球晝長<12h。

由於太陽的視運動軌跡為：東南-正北-西南，即向北傾斜。因此可以判斷，旗杆位於南半球。

（3）判斷旗杆的具體位置

利用正午太陽高度角，進行倒推。正午太陽高度角α = 90° - | β - γ |，其中β為旗杆的緯度，γ為太陽直射點的緯度。由於太陽直射南半球，且旗杆也位於南半球，因此β和γ的單位都為“S”，

則旗杆的緯度 β = γ - α + 90°或 β = γ + α - 90°。其中太陽高度角α已知，只要再知道今天的日期，便可以推算出太陽直射點的緯度γ，便可以計算處旗杆所在的具體緯度。

例如假設今天是12月20日，則此時太陽直射23°S左右（γ）。假設太陽高度角α為60°，則此時旗杆緯度β = 53°S。

圖5 太陽直射點對應的緯度和日期

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