2022年9月21日 星期三

秋分日的晝夜等長?只是過度簡化的說法!

Image©NOAA; NOAA Environmental Visualization Laboratory

臺北時間9月23日9:04是今年(2022年)的「秋分」,此刻太陽直射在赤道上,在太平洋國家諾魯,亞倫以西約500公里處,可以看到太陽在正頭頂。「秋分」與「春分」的「分點」英文equinox 源自拉丁文的「等夜」:"aequus" (equal) 與 "nox" (night),意指當日全世界的白天和黑夜等長,但這樣的說法其實是過度簡單化了。從大氣的折射、太陽的盤面、到日出與日落的定義…,都會使分點日的晝夜其實並不等長。

晝、夜的概念常被簡化為太陽在地平線上或地平線下,廣泛出現在教科書、新聞報導或一般資訊中,黎明與黃昏似乎完全被忽略。如果太陽只是一個點,而且地球沒有大氣層,那麼在春、秋分日,太陽的確會一半時間在地平線上,一半在地平線下。但實際上當太陽升起或落下時,大氣的折射會把太陽盤面抬高,幅度超過本身視直徑(~30’)。因此傍晚時當我們看到太陽在地平線上,像一顆橘紅色的球時,其實是大氣折射錯覺,實際上它已經完全在地平線以下了。

除了折射的影響外,還有一個因素會使分點日的晝夜不等長:日出和日落被定義為太陽上緣接觸地平線的時刻,而非太陽盤面中心。讓我們來看看天文年鑑上的數據,今年9月23日的日出時刻為5:43,而日落是17:50,顯然晝長12小時又7分鐘,而不是剛好12小時,直到27日才會大約是12小時整。

而在北極,秋分日當天的太陽會掠過地平線,在天空中劃出一個360度的大圓,但太陽不是一個點,它的盤面始終露出在地平線上,黑夜也並未降臨,直到75小時29分鐘後,太陽才會完全落到地平線下。

「黑夜」也常被簡化為太陽完全落至地平線以下,直接省略了黃昏,但只要太陽上緣在地平線下18度以內,也就是定義上的「天文暮光」極限,天空中就會有不等量的暮光,使「夜」並不「黑」。民用暮光定義為太陽上緣在地平線下6度以內,此時的亮度為大多數戶外日間活動可以繼續進行,而到了民用暮光結束時,行車時汽車大燈就必須打開了。即使在北極的9月25日之後,太陽開始從視野中消失,但大地也非立刻說黑就黑,民用暮光要到10月8日才結束。當太陽上緣降到地平線以下12度時為「航海暮光」結束,此時海平面變得難以辨識,大多數人也認為此時才是夜晚開始。在北極,航海暮光要到10月24日才結束,天文暮光則要到11月13日才結束,直到隔年1月28日天文曙光出現前,天空算是真正完全黑暗,而這樣的黑夜大約持續將近11周,而非教科書上寫的6個月!

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