发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:肉眼观赏 可拍照 ★★

  冬至是一年中24节气的最后一个节气。今年的冬至发生在2023年12月22日11时27分,此时太阳位于黄经270度。24节气是根据太阳的位置而定,每个节气在阳历上几乎是固定,前后日期差1-2天,因此每年的冬至都是落在12月22日左右,而与农历日期无固定对应关系。

  冬至在天文学上是一个重要的时间点,这一天,北半球经历了一年中白天时间最短、夜晚时间最长的一天。原因在于地球的自转轴倾斜了约23.5度,冬至时,太阳直射南回归线。而在北纬66.5度以上的北极圈内,甚至是永夜,相反的,在南极圈以内则是永昼。以台北为例,冬至这天的白昼仅10小时35分,比起6月22日白昼最长的夏至时的13小时42分来说,日照时数短了3小时又7分。随着冬至过后,太阳逐渐北移,北半球的白昼时间会逐渐增加,因此这一天被古人视为新年的开始。

2023年12月22日冬至时,太阳直射南回归线,对北半球而言是昼最短夜最长的一天。此图中地球影像来自2022年12月21日冬至时由向日葵8号人造卫星所拍摄。其它后制仅为示意图,非经严谨计算后之呈现。
2023年12月22日冬至时,太阳直射南回归线,对北半球而言是昼最短夜最长的一天。此图中地球影像来自2022年12月21日冬至时由向日葵8号人造卫星所拍摄。其它后制仅为示意图,非经严谨计算后之呈现。

  因为地球有大气与海洋的调节作用,冬至并不代表一年中最寒冷的时候。此外,由于地轴倾斜和地球绕太阳呈椭圆形轨道的综合影响,冬至并非太阳最晚升起或最早落下的日子。台湾各地今年最早日落是在11月29日或30日,详细资料请参考「天象预报:2023/11/29-30 最早日落 ★」。如果我们每天固定于同一时间、同一地点拍摄太阳的位置,就会呈现8字形的日行迹,以下图为例,每日早上拍摄太阳,会发现冬至时太阳会是从东偏最南(方位角116度)升起,反之夏至则从东偏最北(方位角64度) 升起。大家不妨在今年12月22日欣赏一年中最偏南的日出或日落。(编辑/台北天文馆段皓元)

台北市的8字日行迹图。照片中的四条直线分别是不同天的太阳日出轨迹,其余呈现8字型为每日早上同一时间的太阳位置,即呈现太阳一年内在每日同一时间的运动轨迹。
台北市的8字日行迹图。照片中的四条直线分别是不同天的太阳日出轨迹,其余呈现8字型为每日早上同一时间的太阳位置,即呈现太阳一年内在每日同一时间的运动轨迹。

发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:肉眼观赏 双筒望远镜辅助观赏 需以口径10公分(4吋)以上的天文望远镜观赏 可拍照 ★★

  一年24节气之中最后一个节气:冬至,即将在2022年12月22日05时48分到来。此时太阳行经至黄经270度,也是一年当中太阳最偏南的日子。由于平常使用的阳历是依据太阳位置而来,因此每年的冬至都是落在阳历的12月22日前后,也因为相同的原因,所有的24节气的日期在阳历中几乎都是固定的位置喔。在民俗文化中,冬至被视为是一年起点,也因此会有冬至吃汤圆后就长了一岁的说法。

过去一年中的四大至点,由向日葵8号人造卫星所拍摄。
过去一年中的四大至点,由向日葵8号人造卫星所拍摄。图片来源:https://himawari8.nict.go.jp/

  在天文上,冬至这天是北半球白昼最短的日子,过了冬至这天之前白昼的长度也开始慢慢开始变长。但这不代表冬至是一年中日出最晚、日落最早的日子喔!由于地球轨道是椭圆形,加上地轴又有倾斜,每天的正午时刻会有前后约14至16分钟的变动,称为「均时差」。这造成了冬至当天的正午时刻,其实是落在11点52分左右,而且每一年又有微小不同。这种均时差的影响可以在「日行迹」的曲线中观察到,下图是在台北象山拍摄的日行迹,总共拍摄了一整年的时间,都是固定在每天下午16点30分拍摄,就可以得到太阳在天空中运行的8字图形,其中冬至的太阳将会落在8字形的最左下端。不过这张在2020年至2021年拍摄的影像中,受到天候因素的影响,最左下端的太阳盘面其实是12月26日的影像,并没有拍摄到12月22日冬至当天的太阳。

台北市的日行迹。拍摄:李美英。
台北市的日行迹。拍摄:李美英。

  拍摄日行迹并不是特别困难,但是要有非凡的毅力,以及缜密的规划,最重要还要有天气的配合,可说是天文观测中相当令人佩服的一种类型。若有兴趣的朋友,不妨从今年的冬至开始尝试来拍摄吧!(编辑/台北天文馆谢翔宇)

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  因地球公转轨道是椭圆形,地球公转速度并不是等速的,再加上地球自转轴相对于黄道面法线有约23.5度的倾角,且自转轴倾斜的方向不是与近日点至远日点的轨道长轴方向一致。 这些因素综合之下,使得每天的真正长度(真太阳日)并不是固定为24时,且正午时刻不一定是手表时间的中午12时;生活当中惯用的24小时制,只是因生活需要而产生的「平均太阳日」。 平太阳日和真太阳日的差异,称为「均时差」。

  这些差异使得每年最早的日落时间并不在大家印象中的冬至(约12/22),也不在每年的地球公转轨道近日点(约1/4前后),而是在冬至前的11/29-30喔!台北地区最早的日落时间是17:04!同理,一年中最晚的日出也不是在冬至或轨道近日点,而是在近日点之后的1/13前后。

  各地最早的日落日期与所在纬度有关系。例如位在北纬25度的台北地区的最早日落日期是在11月底;但纬度愈往北走,最早日落日期会愈晚,例如到了北纬40度左右的地区,最早日落日期将在12/7左右;愈靠近到了北极圈,最早日落时间基本上就会接近冬至。