谈谈太阳“8”字轨迹图

【前言】谈谈太阳“8”字轨迹图由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。目前，有科学家用瑞士日内瓦大学开发的PVSYST 光伏系统软件以及doubletree 编写的计算程式，计算得到了与摄影师合成图片极其相似的“8”字型轨迹图。其制作思路是，先弄清观测点所在的地理经纬度，一旦确定即能知道该点在地球的准确位置，接着同样是依照摄影师的方法...

在一年中，每周一次或两次在同一时间、同一地点记录太阳在天空中的实际位置，就能制作出太阳的“8”字形日行轨迹图。下面这组照片便展现了太阳在一年中运行的“8”字曲线轨迹，而在其中一张照片上，太阳盘面看上去就像项链坠。

太阳视运动轨迹图是以观测点为中心，目视太阳在天球上运行所形成的轨迹示意图。在“二分二至日”，南北极、南北极圈、南北回归线、赤道等七地区的太阳运行轨迹图如下。

由于地平线和黄道的交点是以年为周期循环变化的，因而在同一地点观测，每天太阳在天空划过的轨迹位置不一样，并且太阳每日运行轨道呈现圆弧形。冬至的时候轨迹最靠南，也最短；夏至的时候轨迹最靠北，也最长；春分和秋分的时候位于中心线上。但是太阳只是相对于地面的观测者而言高度产生了变化，其相对于背景星空的轨迹是不变的。如果每天在同一时间、同一地点拍一幅太阳照片，每周一至两次，产生30至50帧画面，然后通过数字技术将这些照片合成，就能制成“8”字形的太阳路径照片。上图中由Tamas Ladanyi提供的这张照片（图1）是由36张图片合成，它们全部是2010年1月至12月间在当地时间上午10点摄于匈牙利的维斯普雷姆。由于地球旋转的轴心稍微不同于太阳，太阳最终在一年中形成了这样的轨迹。地球也是按照椭圆形轨道运行。由于地球的一个半球距离太阳更远，从那个半球慢慢向地平线下降的位置看，太阳每日运行轨道呈现圆弧形。随着倾斜角翻转过来，太阳的圆弧在天空中越来越高。夏至日期间，太阳位于“8”字曲线的最高点，在冬至日期间则位于最低点。

早期拍摄传统的太阳“8”字轨迹图都采用多次曝光同一张胶卷获得，它是在同一张照片上概括或记录全年的太阳运行轨迹，这种传统拍摄方法难度较大。首先，在相机上安一个特制滤光片。这是因为拍摄者要在白天不使用滤光片的情况下进行曝光，曝光过度或曝光不足都会影响照片质量，甚至破坏整张照片。其次，每周一次或两次在同一时间、同一地点记录（拍摄）太阳的位置，通常选择在上午进行。最后，对照片进行冲洗等必要的技术处理。事实表明，传统拍摄方法拍摄太阳“8”字轨迹图是可行的，但大多数人认为，传统拍摄方法要对太阳进行一年之久的曝光处理，并且精确度等技术要求特别高，一次偶然的失误可能使全年的努力都付之东流，所以太阳“8”字轨迹图制作难度非常大，简直是疯狂之举，需要非常敬业的态度、过人的勇气和持久的耐力。而最新的太阳“8”字轨迹图制作方法则不同，是将数码相机放在固定平台上，每周或每隔数天在同一时间、同一地点每次拍摄一张照片，记录太阳的位置，将其通过数字技术合成到一张照片的相应位置。

有史以来制作的第一张太阳“8”字轨迹图是在1978年至1979年拍摄完成，它由44张太阳曝光画面和一张房屋照片组成，全部是用同一张胶卷在同一地点拍摄，它记录了美国新英格兰地区上空太阳“8”字轨迹。该图被认为是世界上极少数不采用合成方法制作的太阳“8”字轨迹图之一。鉴于所涉及的时间和精确度，太阳“8”字轨迹图制作难度非常大。据天文摄影网站“世界晚安”（The World at Night，简称“TWAN”）的创始人巴巴克·塔夫雷什介绍，迄今，全世界仅有20人了制作成功的太阳“8”字轨迹图。除此之外，在夏至、冬至及春分或秋分时，有摄影爱好者从日出时分开始，到上午8点30分结束，用滤光片对太阳的运行轨迹进行长时间曝光，由此制作完成的照片显示了那三天太阳运行轨迹的部分弧线。

目前，有科学家用瑞士日内瓦大学开发的PVSYST 光伏系统软件以及doubletree 编写的计算程式，计算得到了与摄影师合成图片极其相似的“8”字型轨迹图。其制作思路是，先弄清观测点所在的地理经纬度，一旦确定即能知道该点在地球的准确位置，接着同样是依照摄影师的方法，选定一年中固定时间间隔的相同时间点，如上午9时、每周二次等，以角度的方式标定太阳直射点与观测点相对的方位和高度，最后将若干个计算点在一个平面上用虚拟的线连接起来。下图就是利用PVSYST软件计算出的截图，A—E 由北往南依次为：俄罗斯莫斯科（A 55.8°N）、西班牙（B 41°54′N）、越南河内（C 21°N）、新加坡（D 赤道附近）、马达加斯加岛的Tananarive（E 18.9°S）、新西兰Wellington（F 41°54′S）。由图可以看到，南北地区的“8”字变形趋势是：越往两极走，“8”字越竖立，越接近赤道，“8”字几乎倒置。北半球“8”字是上小下大，南半球的“8”是上大下小。由于地球公转轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆轨道的一个的焦点上，地球日公转线速度是不均匀的，远日点附近相对于近日点的地球运转速度慢很多，所以“8”字形的左右不对称。

据报道，不仅在地球上能将太阳的运行轨迹描述成“8”字轨迹图，而且在月球上也能将太阳的运行轨迹制作出“8”字轨迹图。由于月球以椭圆形轨道围绕地球运转，平均下来月球一天似乎总比前一天晚51分钟重新出现在天空中的同一位置。这意味着只要每天晚51分钟拍摄月球的照片，在一个朔望月（月球绕地球公转相对于太阳的平均周期）里，就能制作出同样的“8”字形。根据轨道计算，对于站在其它星球表面的观测者来说，他们可能也会看到太阳“8”字轨迹图，但对于一些星球来说，太阳轨迹不会呈现出“8”字形。例如，在水星上，由于轴倾角与轨道路线之间的相互作用，使得太阳轨迹几乎成了一条纵贯东西的直线。与此同时，在火星上，太阳运行轨迹看上去更像泪珠。