為何有晝夜長短?

文/呦呦  |2022.06.20
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圖/123RF

文/呦呦 

曾經留心過嗎?夏天晝長夜短,冬天晝短夜長,那有沒有晝夜一樣長的?

地球自轉 白天夜晚



站在地球看太陽,旭日東方升起,夕陽西邊落下,於是理解到,地球自轉的方向,是由西向東。

當地球自轉,面對太陽的地方,有著日光照射,是白晝;背對太陽的部分,漆黑一片,是黑夜。如此明暗消長,循環不已。

為便於日常事務正常運作,人類把一個太陽日,也就是一晝夜的時間,分成24小時。以英國格林威治為經線0度,往西到西經7.5度,和往東到東經7.5度,設為零時區,定下世界標準時刻。往東一時區,時間快一小時;往西一時區,則慢一小時,總共24個時區。各國的時間,可以因地制宜,因為行政劃分或自然界線,能有所變通。但是,為什麼每天的白天和夜晚,不是各自平分成12小時,而是有著長短變化?

傾斜公轉 晝夜寒暑



連接起地球的南、北極,畫一中心軸,會是一條傾斜的地軸,與赤道平面成垂直,北端,恆長指向北極星方向。

地球繞行太陽運轉,稱作公轉。地球公轉的黃道面,與地軸呈現66.5度的夾角。公轉一周,需時一年。地球公轉的黃道面,與自轉的赤道面,並不相同,兩者形成的「黃赤交角」,決定太陽直射點的位置。也就是,地球繞太陽公轉時,太陽的直射點,非固定於赤道,而是於北緯23.5度,和南緯23.5度的範圍,即南北回歸線之間,以一年的時間,從起點回到原點。

如何看晝夜更替與長短?將面向太陽與背著太陽的地球,畫出分界線,分成晝半球與夜半球,即是「晨昏線」。晨昏線,會隨著以24小時為周期的自轉移動,白天與黑夜,於是出現。太陽直射點的經線所在,會是正午12時。

晨昏線切過一圈圈的緯線,將緯線區分出晝弧與夜弧,因為黃赤交角,同一緯線上的晝弧與夜弧,於公轉時產生你增我減的變化,晝夜因此有長短。

地球的自轉與公轉,又地軸傾斜,加上緯度影響,愈高愈是晝長夜短,互有消長的白晝與黑夜,於是發生,也造就各地區一年四季不一,以及晝夜、氣溫有著更大差距的寒、溫、熱帶。

冬夏消長 春秋平分



以北半球而言,每年國曆6月21日前後,會迎來夏至。這日,太陽正直射北回歸線,北半球的白天,為一年當中最長,夜晚則是最短。此時的北極,是永晝;南極,是永夜。南半球,則是相反晝短夜長的冬天。

過了夏至,太陽的直射點,從北回歸線逐漸向南位移,白天漸漸縮短,黑夜悄悄變長。來到落在9月23日前後的秋分,太陽直射赤道,「秋分,暝日對分」,日夜等長。過了這日,黑夜的長度,超越白天的時間,愈拉愈長。

冬至,每年12月22日前後,是北半球白天最短,夜晚最長的一天。北極此時是永夜,南極是永晝。過了冬至,白日徐徐延長,黑夜慢慢減短。南半球因為太陽直射南回歸線,進入晝長夜短的夏日。

「春分,日暝對分」,同秋分一樣,日夜對分,各是12小時。進入了3月21日前後的春分,太陽直射點逐漸向北位移,白天日日增長,夜晚夜夜遞減。北回歸線通過的台灣,又進入了白晝愈長、黑夜愈短的往復循環。

現在知道囉!晝夜的發生與長短,是有著規則的週期性變動。

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