夏至已至 今天白天格外长
2020/6/21 10:00:02 中国科普博览
太阳是最引人注目的天体，它的升起与降落给地球带来白天和黑夜，为人类确立最基本的时间单位：天。如果统计一下日常生活中用得最多的字，那么结果很可能是“天”。
天空看上去像半个透明的球，可以想象，另外半个球在地平面以下。天文学上把以地球作为中心，半径很大很大的透明球叫作天球，日月星辰都位于天球上。建立天球概念后，可以方便地观察天体的运动、记录天体的位置。
身体站直，头顶正上方对应的天球上的那一点是天顶，脚底正下方对应的那一点叫做天底。天球上，与天顶、天底相距90°的大圆，叫作地平圈。地平圈上有东、南、西、北方位点。天球上，通过北点、天顶和南点的大圆，叫做子午圈(图1)。子午圈把天球分为东西两个半球。
图1、天球上子午圈示意图(图片来源：作者绘制)
天体到达子午圈时，叫作中天，距离南点较近时，称为上中天；距离北点较近时，称为下中天。
和太阳有关的成语你知道多少？
每天，人们追踪太阳在天球上的位置，确定一天的时间：露出地面为早晨；上中天为正午；落山为晚上；下中天为子夜。与此相应还有许多成语，每个都意味深长。
旭日东升。旭日：初升的太阳。形容朝气蓬勃的气象。也比喻艰苦的岁月已过去，美好的日子刚刚来到。
如日中天。中午太阳上中天，比喻事物正在最兴盛的时候。
日中则昃。太阳上中天后就开始偏西，来到天球的西半球，从之前的上升，转变为下降。比喻事物发展到一定程度，就会向相反的方向转化。
日落西山。太阳从西山落下，比喻人到老年将死或事物接近衰亡。
一年中在不同日子里，太阳在天球上的运行轨迹也不完全一样，夏至这天更是与众不同，呈现出不同景象。
2020年6月21日是北半球夏至。
古人对夏至的描述是：“日北至，日长之至，日影短至，故曰夏至。至，极也。”直接翻译过来的意思是：一年中，夏至这天，太阳最北，白天最长，影子最短，所以称为夏至。至是极、最的意思。
正午太阳高度最高 影子最短
6月21日夏至正午，北半球中纬度地区太阳高度最高，树木、建筑物等的影子最短。
图2、北半球中纬度地区夏至正午太阳高度最高示意图。(图片来源：作者绘制) 6月21日夏至这天太阳直射地球表面的位置到达最北端—北回归线，北纬23°26'，在那里，正午太阳与天顶重合(图2)，树木、建筑物等的影子消失不见。我国大部分地区在北回归线以北，比如北京是北纬40°，太阳从来不会出现在头顶正上方。
图3、北回归线夏至正午太阳与天顶重合示意图。(图片来源：作者绘制)
夏至这天日出日落方位最偏北
6月21日夏至这天太阳升起降落方位最偏北(图4)。夏至过后，太阳升起降落的方位逐渐靠近东方，在秋分的时候，刚好位于正东方。
图4、北半球中纬度地区，夏至太阳升起降落方位最偏北示意图。(图片来源：作者绘制)
夏至这一天为什么白天最长？
因为6月21日夏至这天太阳升起降落方位最偏北，正午太阳升得最高，所以太阳在地面上运行时间最长(图5)，导致白天最长，夜晚最短。
图5、北半球中纬度地区，夏至太阳在地平面上运行时间最长示意图。(图片来源：作者绘制)
北半球夏至这天，位置越靠北，白天的时间越长，夜晚的时间越短。到了北极圈，太阳全天不落，全天都是白天，没有黑夜，出现极昼；南极圈刚好相反，全天太阳都不升起，全天都是黑夜，没有白天，出现极夜。
漠河是我国最北的城市，但在北极圈南边，所以，漠河是我国夏至这天白天时间最长的城市。
地球上有夏至日的根本原因是地球“斜着身子”绕太阳公转。如果地球直立着绕太阳转，也就是地球公转轨道平面与地球赤道面重合，那么地球上就没有四季变换，一年中每一天的白天黑夜时间也不变。
参考文献： [1] https://richurimo.51240.com/mohexian__richurimo/
出品：科普中国
制作：李冰(北京天文馆)
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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