在空中跳个8字街舞
太阳轨迹年画像

太阳

时快时慢的钟表

没有人敢怀疑太阳的权威，它在天上不紧不慢地运行，无怪乎古代的人们利用它来记录时间：太阳每天东升西落所经过的路径就像一个巨大的天然表盘，太阳本身就是这个表盘上的时针，我们的手表就是这个天然时钟的“微缩版”，太阳转一圈，手表就转过了24小时，然而人们慢慢发现，太阳并非准时准点就到达天空中的某一位置，比如今天早上6点钟的时候，太阳在某个位置，而明天早上6点钟，它却不在这个位置了，有了一小点儿移动，后天的6点钟，它又会移动一点儿，每天都有些不同。一年下来，总体的轨迹就是一个8字形。夏至和冬至这两天，太阳的位置就在8字曲线的上下顶点，它们表明太阳在天空中南北两端偏离最远的情况。

高矮胖瘦

斜转舞步

为什么“天然时钟”走时不均匀呢？又怎知这个8字的高矮胖瘦？由于地球的公转轨道并不是正圆，这也导致地球的公转速度在一年中时快时慢：每年1月4日前后最快，7月4日左右最慢。这样，每天中午手表时间为12点时，太阳并不一定正好位于正南方，它到达正南方的时间有时提前有时落后，最大可以提前或落后17分钟左右。这一特点就决定了8字的胖瘦。另外由于地球自转有23.5°的倾斜，这使得太阳每天在中午12点的时候，出现的位置会南北移动，从而决定了8字的高矮。

图3

图4

图5

图6
天空打个8字结
在北纬30°地区，在一年中每天同一时刻拍摄太阳的位置：在早上6点时拍摄，8字只能拍到一半，因为冬天6点钟太阳还没升起来。8点的时候8字的轴线慢慢向西转动，到12点时，它位于正南、正北方向，轴线垂直于地平线。之后继续向西转动，到下午6点时，又有一半拍不到了（图3～图5）。与北半球不同的是，在南纬30°地区，8字的大头朝下（图6）。

东倒西歪

醉舞晨昏

让8字舞步落在天空舞台的哪个角落？是倾斜半没于地平线，还是像个葫芦正挂在天空？这取决于我们起床早晚：在同一个地方，每天在不同时间拍摄，便能看到不同的8字朝向。在北半球，早上太阳升起后不久拍摄太阳8字，轴线向左倾斜。随着时间的推移，太阳逐渐升高，轴线逐渐向右旋转，如果等到中午12点拍摄，轴线正好垂直于地平。之后它继续右偏，如果在傍晚时分拍摄，8字的轴线就变成了向右倾斜。如果我们在南半球拍摄，8字的形状正好和北半球相反，大圈在上，小圈在下。这就如同我们在南半球看星星，会发现所有的星座都在“拿大顶”，全都倒了个儿。

图8

图9
东倒西歪的保龄球瓶
同样是早上8点钟，倘若赤道地区生活的非洲狮也如此钟爱天文现象，它就会记录下太阳“躺着的”8字舞（图8）。而在北极的白熊则只能记录下半个竖直的8字（图9）。即使记录时刻相同，不同纬度上记录8字的轴线角度也不同。

横躺竖站

跨越冷暖

在地球上纬度不同的地方，即使同一时刻拍摄的太阳8字，它的朝向也会不一样。例如同样是在上午7点拍摄，纬度越低的地方，8字越平。在赤道上，它是“躺着的”，轴线正好平行于地平线；随着纬度往北升高，它就像一个不倒翁一样慢慢“站”起来，纬度越高，站得越正，在北极点时，就变成完全直立了。