黃道在天空裡,為什麼有時斜著、有時更陡?
地平線跟著你站的位置,黃道跟著天球;當地球轉動時,兩者的交角會改變。
當看到沿著黃道排列的行星時,它們有時像斜斜的一條線,有時卻更陡。先把地平線畫出來,再讓地方恆星時改變,看看黃道怎樣與它相交。
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先猜一下
黃道與地平線的夾角,就是太陽今天升起時的軌跡角嗎?
查看答案與解釋
不是 — 黃道描述一年參考路徑;週日路徑主要由地球自轉造成,兩者要分開。
再把體驗和科學連結起來
先站在你的地平面上
黃道是太陽一年間在天球上的參考路徑;地平線由你站的位置決定。它們不是同一個圓。
兩個大圓:黃道與地平線
讓地球轉動
當地方恆星時改變時,黃道在你眼前的傾斜程度也改變;兩個交點相隔180°黃經。
tan λ=−cosθ/(sinε tanφ+cosε sinθ)
讀出兩平面的夾角
交線兩邊可以量出互為補角的兩個角。這裡既給出原書I,也給出便於觀察的小夾角。
cos I=cosε sinφ−sinε cosφ sinθ
別把黃道當成太陽一天的軌跡
太陽一天的路徑主要來自地球自轉,與地平線相交的角度屬於另一個問題。這裡不是日出方位或日出時刻。
黃道與地平線角 ≠ 週日軌跡入射角
θ為地方恆星時、φ是觀察者緯度、ε是黃赤交角。先確定交點黃經的正確象限,再求兩個大圓的夾角;同一大圓有一對相差180°的交點。
試一試
比較北緯48°、恆星時6h和18h的兩種情況;再切到原書14.a。交點讀數是黃經,不是地面方位角。
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符號不用背
- θ
- 地方恆星時,小時
- λ
- 黃道交點黃經
- I
- 原書有向平面夾角0–180°
- ε / φ
- 黃赤交角 / 觀察緯度
演算法、精確度與適用範圍
第14章印刷頁99式14.2/14.3。交點用乘cosφ後的等價atan2形式以避免極區tanφ放大,並偵測兩平面重合。原書I為0–180°,同時顯示min(I,180−I)的小夾角,不把補角差誤當計算錯誤。三維參考方向先從黃道轉赤道,再投到觀察者ENU,影像的傾斜不取代數值夾角。
我的理解檢查
黃道與地平線通常有幾個交點?
兩個,黃經相隔180° — 兩個大圓通常相交於一對相反方向。
這裡θ是當地鐘錶時間嗎?
不是,是地方恆星時 — 恆星時描述天球朝向,不能直接當成民用時刻。
兩平面完全重合時,能指定唯一交點嗎?
不能 — 此時整個大圓都相同,唯一交點的概念退化。
先分清是哪條天空路徑,再討論它與地平線的夾角;太陽一年的路徑與一天的路徑不是一回事。
Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 14 章