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4、这样的坐标来观察太阳的运动。(一)新加坡人看太阳东升西落新加坡的地理位置非常接近赤道，北纬只有3度。请参考图一，你如果站在赤道上，地球在你的脚下自转，那么你将会随着地球由西向东、由上而下再从地球的另一边由下而上自转，你看见太阳的相对运动就会由东方垂直向上爬上天空，再经过你的头顶向西方运行了，太阳运动的轨迹如图1-1所示。有人说：不对，地球的自转轴不是水平的，该是倾斜23.5度才对？果真如是，台湾在上面(因为不觉得有倾斜或倒立啊！)，那么美国人不就永远倒立了吗？住在地球上的每一个人都会认为他站在地球的上面，而根本没有倾斜或倒立的情形，这要看你观察的坐标来决定：从观察者的坐标来看，观察者的上面就
5、是上面，下面就是下面；若从太阳系的黄道面来看，地球的自转轴还果真是倾斜的(如图)，使太阳照射地球时，有直射与斜射的区别，造成四季的变化。(二)台湾人看太阳东升西落台湾大小约有三度，从垦丁的北纬22度到台北县富贵角的25.3度，可以概略地说位于北纬23.5度的北回归线上。请参考图二，你站在台湾，会发现地球在你的脚下倾斜的自转，观察到太阳的相对运动，当然也是倾斜向上的方向，太阳从东方倾斜向上向右(偏南)升上来，经过头顶南方约23.5度的天空，再向西方倾斜的向右向下落下。(三)加拿大人看太阳东升西落加拿大的地理位置在美国和北极之间，纬度很高。加拿大人当然也是认为他们在站地球的上面，因此脚下地球自
6、转时倾斜许多(如图)，观察到太阳东升西落的路径当然也就倾斜得更多(如图)了。(四)北极的爱斯基摩人看太阳的东升西落我们再来看看爱斯基摩时观日出的情形，如图显示，爱斯基摩人当然也是觉得他就在地球的上面，也会觉得地球就在他的脚下自转，从太空中看去，他根本没有什么移动，相对的，太阳会与地球自转方向相反地转动，也就是在北极地区的地平在线移动而已了，难怪太阳永远斜射北极地区，造成异常寒冷的冰原。以上四种情形，都是以地球位于春分点来讨论的，此时太阳直射赤道地区，也就是暂时不管地球的公转现象。如果再考虑地球公转的话，因为地轴的倾斜(以黄道面的坐标)，使太阳直射地球的位置会在南北回归线之间移动，也就是四季的
7、变化，那么，上面讨论的新加坡人就会发现太阳不是从正东方升上来，而是向南或向北偏移一些，太阳的路径还是垂直地升降；台湾人则会发现夏天的时候，太阳从东方偏北的方向升上来，冬天则从东方偏南的方向升上来；加拿大人会发现夏天的太阳东升时的方位偏北很多，冬天则偏南很多；北极地区的人会发现夏天的太阳几乎从北方升上来，冬天的时候就有半年看不见太阳，形成永夜的现象了。从地球观察太阳运行的平面，春秋分时，太阳在赤道面运行，夏至时，太阳在北回归线运行，冬至在南回归线运行，都和赤道面平行，以此原理作成的日晷当然就称为赤道式日晷了。从乌鼎仰仪的创制谈时差苏明俊(高雄市天文学会理事长)(树德科技大学休闲事业管理系助理教授
13、渐南移，直射赤道，继续南移直射南回归线，此后开始向北移动，直射赤道后继续北移，一直到达北回归线，如此年复一年。也就是说：夏天(夏至，6月21日)太阳会直射北回归线，春秋天(春分，3月21日；秋分，9月23日)会直射赤道，冬天(冬至，12月22日)直射南回归线，期间就在二者之间缓慢变化。如果我们在高雄立起一支铅直的竿子，我门来观察竿影，发现冬天的竿影比较长，夏天的竿影比较短，甚至是没有影子(6月6日与7月6日两天)，或跑到南方去了(高雄地区约有30天朝南；垦丁地区大约有42天竿影朝南；北回归线以北的地区竿影均在北方)。每天中午从地球(高雄为例)上观察太阳移动的情形，因为太阳的回归，我们会发现夏天
15、8字会有些微的差异。各位同好可以在计算机的google网页中输入”analemma”(时差)，并选择图形，你就可以搜寻到许多时差的照片了。因此，8字型的上下长度就是太阳回归现象造成的，而时差会让太阳的路径向左右两边扩展，成为8字型路径。四、乌鼎仰仪观察中午十二点时太阳位置的仪器。因为乌鼎仰仪的设计是藉由一个小圆球的影子来指示太阳的位置，所以，太阳在南半球时，这个珠子的影子会跑到北边去，同样的，太阳在北方时，珠子的影子会跑到南边去，因此，太阳在天上形成的时差曲线(就是8字型)照射到乌鼎仰仪上之后，就颠倒过来了，所以你会看见乌鼎仰仪上的8字，小头在南边，大圈圈在北边。因为十一月初的太阳比较快，在天
20、12点，新加坡也是中午12点)，但太阳在1小时5分之后才会直射新加坡，使新加坡烈日当空时，钟表时是下午1时5分，当地的日晷干脆就把下午1时5分刻在晷针的正下方，以方便观察。值得一提的是：新加坡日晷的晷针虽然也是指北极星，但因为新加坡地区观察到的北极星就在北方的地平在线，所以新加坡日晷的晷针是平放的，台湾日晷的晷针则倾斜23.5，才能对准北极星。六、结语本文藉由乌鼎仰仪的创作来说明时差与回归的现象，一方面整理天象的基本原理，二方面强调简易创作也能够谈论深奥的天象，此外，生活化与本土化的素材也是笔者致力于天文教育推广所强调的元素，例如台湾各地的钟表时与时差的修正，藉由农村烹煮菜肴的乌鼎作为日晷的材
21、料，俗搁有力应是最贴切的形容词了。制作日晷苏明俊(高雄市天文学会理事长)(树德科技大学休闲事业管理系助理教授)壹、赤道式日晷一、太阳的运动由于地球自转，在地球上的人观测到太阳沿着赤道或纬圈面做相对运动，且太阳直射地球赤道或纬圈面的纬度依季节(日期)变化。三月廿一日太阳直射地球赤道，称春分，当天因为地球自转，太阳沿着赤道做相对运动；之后太阳直射地球之纬圈逐渐北移；六月廿一日太阳直射纬圈的最北，称夏至，当天沿着北回归线做相对运动，六月廿二日开始回归，故称北回归线；之后逐渐南回，九月廿三日又直射赤道，称秋分；之后又渐渐南移，十二月廿二日直射纬圈面之最南，隔天起回归，称南回归线，太阳的运动如此周
22、而复始的在纬圈面移动。太阳每天在相同的纬圈面上详对地球运行，惟不同日期所绕行的纬圈面不相同。然而，不同纬圈面或赤道面的方向均与地球的南北自转轴方向相吻合，因此，我们只要制作一个与地轴方向相吻合的平面，便能掌握太阳在此平面上均匀变化的运动，每小时移动十五度。日出地平为上午六时，中午通过子午线为十二时，日落西方地平则为下午六时，之间则为均匀等分之刻度，成为日晷，并以赤道面为准，故称赤道式日晷。二、赤道式日晷我们掌握太阳相对地球运动的平面abcd，使其与赤道面或纬圈面的方向相吻合，又由于晷针po之方向必须与地球的自转轴相吻合，因此，po必与地平面夹观测点的纬度角(高雄22.5度)，与晷面方向相同，且
24、东经12016，与120相差甚少，每天的地理时差只约快1分钟，但是其它地方的地理时差便有可能相差30分钟。三、制作步骤步骤一：选取适当厚度与硬度的纸板作为材料。步骤二：设定r的长度，则纸板长度至少为r(1csc)再加上2公分做边，宽度大约长度的一半即可。(注：以高雄为例，若定r为1公分，纸板至少长3.61公分再加上2公分的边)。步骤三：以虚线画出dc线段，晷面(左方)长为r(加1公分的边)，右方作为地平面，长度为rcsc(也留一公分的边)。步骤四：在dc线段上取中点g，作pgo线段与dc垂直，距离g点左方r处，就是o点。步骤五：以o点为圆心，适当的长度为半径做半圆。步骤六：在半圆上每隔15度画半径，作为时刻的刻度。步骤七：以吸管或适当之木棒、金属棒，穿过o点，另一端则固定在p点。步骤八：使用时，轨针方向正对北方。(注：得依照比例制作不同大小不同的日晷。)四、问题讨论1.使用日晷为何必须修正轨道时差与地理时差？2.地轴自转的方向与黄道面的方向夹角23.5，这个角度与日晷制作有关系吗？3.晷