太阳为什么总是东升西落呢（太阳是如何东升西落的）

说明：本文绝大部分内容（95%以上）均抄录自葛云保先生的科普书《谁见过地球绕着太阳转》。

每天早晨，太阳从东方升起，越升越高，经过我们的头顶，而后逐渐向西边落下，随着它落入地平线，天也就渐渐变暗变黑了。

夜晚之后，黑夜便逐渐退去，太阳又会再次从东方升起，再次经过我们的头顶，向西边落下。如此周而复始，永不停息。

早上太阳从东方升起

中午太阳升到最高位置

晚上太阳从西边落下

我们只要连续观察一段时间就会发现，太阳并非每天都是在东方地平线上的同一个点升起。

假设我们是在春季的某一个清晨，而对着太阳升起的方向（图1.2），看到太阳刚好在一棵大树的后面升起。（图1.2中大树背后的太阳示意）。第二天，太阳好像还是在那棵大树后升起，但如果仔细辨别，其实太阳的升起点已经往北有了小小的移动，大约有1个太阳的直径，也就是半度左右（图1.2中大树左侧太阳示意）。七八天，这种移动就看得比较明显了。太阳的升起点就这样缓缓地往北移动着，离那棵大树越来越远，但这种移动有一个极限（图1.2中左侧边缘的太阳示意），到了这个极限，太阳的升起点又会缓缓地往回移动，就这样周而复始，永不停息。

这一南一北相距多远呢？在北半球中纬度的地方看来，两点相距四五十度，所以说太阳从东方升起，这儿所指的东方是一个笼统的方位。在这一南一北两点间的中点，才是正东方，在太阳南北往返的一个完整的周期中，只有两天，太阳从正东方升起，这就是“春分”和“秋分”。

太阳落下的地点也和升起的地点一样，每天都有难以察觉的变化，也在一定的范围内，由南往北，再由北往南缓缓地移动着，周而复始，永不停息。

图1.3中的两张日落照片分别是在冬、夏的两个傍晚，在同一个地点拍摄的，可以看到，太阳落山的位置有非常大的差别。

太阳从升起到落下，在空中划了一个很大的圆弧，在我们北半球中纬度的人看来，太阳轨迹构成的圆弧往南倾斜（图1.4）。这一点我们可以通过树木或者建筑物的影子的移动变化发现。

如果在一块平坦的地面生长着一颗笔直的大树，早晨太阳升起以后，大树的西面拖着长长的影子，随着太阳越来越高，大树的影子渐渐变短，影子所指的方向也在逐渐改变，当太阳到达一天中的最高点的时候，大树的影子是一天中最短的，这时它指向正北方。过了这一时刻，太阳渐渐向西移动，高度越来越低，大树的影子则越来越长，并且逐渐移向东方。

大树的影子是不是每天都在这样变化呢？

是的，但又不是的。

前面说过，太阳每天升起的位置是逐日移动的，所以每天大树的影子的起始方向也在逐日变化。我们可以在一块平坦的地面中间立一个垂直于地面的高杆，太阳升起以后，立杆就会在平坦的地面投下影子。如果我们每隔10分钟就去把立杆当时的影子描画在地上，一天下来，地面上就会有很多直线，构成了一个美丽的图案。

图1.5是3个特定日期的立杆影子扫描出的3个图案。这是从高处往下看到的图形，也叫俯视图。图中的实线是一天之中若干个时间的杆影，虚线是杆影变化的边界。

通过对比这三幅图，我们可以看出杆影变化的规律。不管是冬至还是夏至，不管是春分还是秋分，一天之中，影子总是由长变短再由短变长，影子所指的方向也由向西渐渐变为向东，影子构成的图案是完全对称的，这是这三幅图的基本共同点，也是全年的任意一天中影子变化的共同点。如果再仔细分析一下还会发现第四个共同点：不管是哪一天，立杆影子最短的时刻，它总是很准确地指向正北方，也就是一天中的正午时刻，这是一个非常重要的特点。但是这三幅图的总体形状又很不相同，如冬至日，影子起先是指向西偏北的方向，夏至日，影子起先是指向西偏南的方向。再有就是，不同的日子，正午时刻立杆的影子的长度是不同的。

图1.6表示的，就是在北半球，一根垂直于地面的杆子，在冬至和夏至的正午时刻所投下的影子，影子的长度相差还是挺大的。

这反映了太阳高度与方位的变化特点，每天从早到晚，太阳的高度与方位在逐渐变化，这是人们容易察觉的。一年之中，选择每天的同一时刻来比较（如每天的上午10点），你会发现太阳的高度与方位也在逐日变化，但是每天正午时刻的太阳，只是高度在逐日变化，而所在方位永远是正南方天空。

在太阳每天升落的地点由南往北慢慢移动的那段时间里，它每天的升起时刻也在渐渐提前，而落山的时刻则在渐渐推迟，也就是说，白天的总时间在渐渐延长，夜晚的总时间在渐渐缩短。相反，在太阳每天升落的地点由北往南慢慢移动的那段时间里，它每天的升起时刻也在渐渐推迟，而落山的时刻则在渐渐提早，也就是说，白天的总时间在渐渐缩短，夜晚的总时间在渐渐延长。我们很多人都有体会，暑假前后的早晨去上学，天已经很亮了，下午放学回家，天也没黑，可以在外面玩上好一阵子；但寒假的早晨去上学，天还没怎么亮，下午放学回家天已经完全黑了。在太阳南北往返的一个完整的周期中，只有两天，昼和夜的时间相等，那就是“春分”和“秋分”。

太阳的升降点、正午太阳的高度（也即正午杆影的长度）、白天与黑夜的时间长度，这三者是完全同步的；当太阳从东方最偏北的点升起，就会在西方最偏北的点落下，它在空中所划的圆弧也最偏北，正午时刻它在正南方的高度最高，即离我们正头顶的距离最近，正午杆影的长度最短，这一天白天的时间最长而夜晚时间最短，由于这时候正处于炎热的夏天，这一天被称为“夏至”日；当太阳从东方最偏南的点升起，就会在西方最偏南的点落下，它在空中所划的圆弧也最偏南，正午时刻它在正南方的高度最低，即离我们正头顶的距离最远，正午杆影的长度最长，这一天白天的时间最短而夜晚时间最长，由于这时候正处于寒冷的冬季，所以这一天被称为“冬至”日。图1.7是太阳在夏至、春分、秋分、冬至四个特定日子东升西落的轨迹示意。

从冬至到冬至，或者从夏至到夏至就是太阳视运动变化的一个大周期。

以上就是我们肉眼能直接观察到的太阳的运动。

平时生活中，如果留心的话，我们也能感受到太阳的升起点的变化。如下图：

2021/6/7早上8点12分太阳，太阳已经升起得很高了，离我们头顶也越近

冬天早上8点，太阳才刚刚升起，位置很低，离我们也越远，图片来源于网络

我是科学发现之历程，一个致力于科普数学、物理的科技媒体。想了解更多相关的知识，关注微信公众号科学发现之历程，期待你的到来~