为什么在冬、夏至附近的每天时长没有太大变化？

日行迹：描绘太阳行迹、解释每日时长变化

根据日出日落表来看，冬至、夏至两个节点的日光时间相当稳定，一个周期约为10天。你可以解释为什么会发生这样的事情吗？

白天的小时数每天变化的似乎与太阳相对背景恒星移动的方向有关。这种移动是由于地球绕着太阳公转而产生的，可以通过在一整年中每一天的同一时间拍摄太阳的照片来测量白天小时数的变化量。如果真的采用这样的测量方法，那么就会发现，太阳会在天空上方描绘出一个形状，而这一形状则被称为“日行迹”。（从下方来自《今日天文图片》的照片中可以看到）

图片来源：来自克里米亚天文台的瓦西里·鲁缅瑟夫

正如我们可以看到的，“日行迹”的形状稍微有些复杂（在此站点上对产生这一现象的原因进行了详细的解释），但是我们观测“日行迹”的重要目的是要观察太阳每天的移动方向。如果太阳主要向北或向南移动（朝向或远离地平线），则每天的白天时长将会飞速变化，但是如果太阳主要是向东或向西移动（平行于地平线），那么每天的白天时长则不会发生太大的变化，因为这一天中太阳的最大高度与前一天的大致相同。

因此，为了回答这一问题，我们要做的就是观察冬至、夏至期间“日行迹”的形状（正如上图中的左上角和右下角所示，当太阳处于距离地平线最远或者最近的时候的“日行迹”形状）。我们可以看到，“日行迹”的曲线在此刻变得平缓，太阳将沿着大约东西方向移动（注意图中“太阳”之间的距离远大于太阳每天移动的距离——实际上，如果每天都拍摄一张太阳行迹的照片，而不是偶尔拍摄一次，那么“日行迹”中将存在365个太阳！）由于太阳主要是东西向移动，所以白天的时长也不会改变太多。

图为日行迹中的太阳运行轨迹

如果你对此现象略加思考，那么你就会发现几乎所有的至点都具有这样的特点，而与“日行迹”的确切形状无关。根据定义，至点是太阳在移动过程中的最南或最北的端点，因此如果太阳到了这一点上依旧可以向南或向北移动，那么它就不是真正至点！如果在冬至或者夏至的那一天，“日行迹”有一个很尖的“尖峰”，那么这将是能避免使至点附近白天的小时数每天变化的唯一方法。但是，如果你把物理情况加以考虑（地球绕太阳的运动），那么你就会明白期待“尖峰”的存在是如此的毫无根据。地球在这一平静、快速变化的平滑的轨道上运动，因此我们希望“日行迹”也是平滑的。

当太阳在天球上，相对于赤道似乎到达了其最北端或者是最南端时发生偏移从而产生了至点。每年会有两次至点，大约在6月21日和12月21日附近。由春分、秋分、夏至和东至来划分一年中的四个季节。

图为春秋分、东夏至划分四季

至点这一术语也可以在更广义的层面上使用。除了赤道地区，其他的任何地方的至点日要么是一年中日照最多的夏至，要么就是一年中日照最少的冬至。关于文章背景指的是哪个半球，这里有两个没有任何歧义的替代术语：“六月至点”和“十二月至点”，这往往是指至点发生的月份。

至点这一个词来源于拉丁语中的sol——“太阳”和sistere——“静止”，因为当太阳到达两个至点的时候，太阳的偏角似乎是“静止”状态的，也就是说，从地球的角度来看，太阳季节性运动的日常路线在发生偏转时停在了最北或最南点。

图为：太阳在东夏至时日行迹呈“静止状态”

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

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参考资料（备份）

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：http://curious.astro.cornell.edu/our-solar-system/161-our-solar-system/the-earth/day-night-cycle/188-why-doesn-t-the-length-of-each-day-change-much-around-the-solstices-intermediate

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