视频介绍地转日象仪用稿.doc

地转日象仪观看、关注者，您好！我是刘士达，现在，在哈尔滨市的家里这是我研制的一台地转日象仪我来介绍，请您鉴赏地球绕着太阳公转，一年一圈，地球又绕着地轴自转，一日一圈，这是人们早已认识清楚的所谓“视运动” ， 是跟着感觉走，认为太阳绕着地球转这个仪器就是用于计算和演示太阳视运动的：按给定计算地点的经度、纬度，和给定的日期，经过适当地操作，几点日出，几点日落，几点太阳所在的方位和仰角都计算和演示出来其实，它实质上是一台太阳视运动模拟计算机演示视运动流行的是天球面概念，本仪器产生了天柱面概念：认为太阳总在半径为无穷大，中心线为地轴的圆柱面上这个圆柱面被称为天柱面一个分数，分母一经为零，无论分子的有限值为多少，分数的值都为无穷大这个仪器利用了这一点这个仪器的长度基准是地球半径，并设定地球半径为零这样，天柱半径随意取多大，和基准比，那都是无穷大这个仪器设定这段圆柱外表面为天柱，每天太阳在天柱面这个端口上转一圈，等效地球自转这一圈叫做太阳轨道这里是正南，有正南刻线由于设地球半径为零，这个天柱就算是无穷大的这个平面是地平面，它和天柱中心线即地轴的交点为地心，由于设地球半径为零，地心就是地球，地球上有个小小观察者。

地平面上有方位刻度，东南西北标着 ESWN，它们的分角线即 45°角标有圆圈，小点刻度间隔为 5°地平面套挂在正东正西向的水平轴上，并且靠下面重物使地平面总保持着水平这个支撑地平面的水平轴垂直固定在这根和地轴平行的轴上，下面把这根和地轴平行的轴简称为平行轴，平行轴靠天柱上的卡口保持和地轴平行，并靠摩擦力保持稳定状态稍用点力串动平行轴，带着地球移动，用以代替太阳轨道在天柱面内的移动，这完成的是地球公转的效果——改变赤纬角赤纬角是太阳和地心的连线与赤道面的夹角平行轴上有节气刻度，刻线共 13 条，对应 24 节气，刻线位置由节气的黄经高度决定最上边刻线是夏至，为节气+6、最下边的是冬至，为节气-6中间每个刻线对应赤纬角相等的两个节气黄经高度是天柱特有的属性每个节气的黄经高度是天柱半径和这个节气的赤纬角正切值的乘积节气与数字对应及相应赤纬角正切值如下图：正中间是春分、秋分两个节气，是节气 0，它地位特殊，刻线上加有圆圈，区别于其它刻度这里把节气数字化，节气日对应整数，其它日期就可在相邻两节气间按天数线性插值天柱上有日期标线，日期标线所对的节气实数值，相当当时的日期太阳轨道下，天柱上围绕着经度圈和时间圈，靠摩擦力稳定在柱面上，可以用力绕柱面串动，以调整经度和时区。

经度一圈共 360°，东经为正， 0°到 180°，西经为负，0°到-180°；时间一圈从 0 时到 24 时，对于某时区，两圈固定对应本仪器做成专对北京时区的，两圈合二为一，称为经时圈经时圈每条刻线有经度、时间两个读数经度 120°刻线是时间 12 时135°刻线时间是 11 点，经度增加时间减少经时圈在天柱上位置因计算地而异，确定规则是：天柱上正南刻线对着计算地的经度经时圈的经度间隔为每小格 5°，时间间隔为每小格 20 分钟松开这个元宝螺母，天柱面可以绕东西向的轴转动，以调整纬度，这里有纬度表，垂线指针下的刻度数就是计算地的纬度数北纬为正南纬为负，-90°对应南极，零度对应赤道，90°对应北极这个表，刻线间隔为每小格 5°北极春分状态是本仪器校准状态这时天柱面应垂直于地面，太阳轨道应在地平面中，纬度表应为 90°，节气刻度应为零现在我用这个仪器计算北京市的太阳视运动查得，北京地处东经 116°28′北纬 39°5′规整经度：116°28′=116.47°=120°-3.53° 而 3.53°为 3.53/5 =0.71 小格，开始调整经时圈，使经度 120°刻线前 0.71 小格位置对准天柱上正南刻线，对好后，从时间读数看， 12 点后 0.71 小格是 0.71X20=14 分，这说明：12 点 14 分是北京的正午时刻。

规整纬度：39°5′=39.1°=40°-0.9° 而 0.9°为 0.9/5 =0.18 小格打开元宝螺母转动天柱，使纬度 40°小格前 0.18 小格位置对准垂线指针，固定元宝螺母先看冬至的情况，推动平行轴向上，带动地平面向上移动，使冬至刻度对准天柱上日期标线这时出现特定的景象，地平面中央地心上的观察者看到了北京冬至一天的太阳轨道，太阳轨道和地平面的这个交点是日出点，我们看到这一点时间读数是 7 点 10 分，这是日出时刻从地平面上的方位刻度看日出点在东偏南 29°日出后，随着时间增加，太阳离开地平面升起，要看几点钟太阳在什么方位，就从经时圈上几点钟所指的太阳轨道上的那个点，也就是当时的太阳所在点，向地平面作垂线，垂足方位刻度反映出太阳方位，垂线张角反映出太阳仰角都以模拟量方式显示出来正午的仰角，我们不必用刻度板或量角器去量，有理论值可参考仪器所附资料上，给个公式：正午太阳仰角 =90°-当地纬度 +当时赤纬角 北京冬至，正午，太阳仰角理论值易算，是 90°-39.1°-23.5°=27.4°， 才 27 度 4，我们在仪器上看看仰角确实如此小看看日落，是在 17 点 15 分。

再看夏至的情况，抽动平行轴向下，带动地平面向下移动，使夏至刻度对准日期标线得到日出点在东偏北 29°，是 5 点 0 分正午太阳仰角理论值易算，是 90°-39.1°+23.5°=74.4°，74 度 4，我们在仪器上看看仰角也确实如此大我们看到日落在 19 点 25 分下面讲几个日出日落规律：①从仪器结构看，太阳轨道关于正南方向线对称的，因此，正午时刻-日出时刻=日落时刻- 正午时刻②将节气调到 0，这时支撑地平面的水平轴在太阳轨道的直径上，我们看到，无论天柱如何转动，各地日出点总是在正东方，因此0 节气时，世界各地，日出时刻都是其正午时刻-6 小时③因为冬至和夏至的赤纬角绝对值相等，其地平面位置关于 0 节气的地平面位置对称，因此各地冬至和夏至的日出点关于正东方向线对称，冬至日出时刻-0 节气日出时刻=0 节气日出时刻-夏至日出时刻④用仪器易证，对于北半球：同一纬度，节气大于 0，则昼长于夜，节气越大，长的越多；节气小于 0，则夜长于昼，节气越小，长的越多；同一节气节气大于 0，昼长于夜，节气小于 0，夜长于昼，越往北，长的越多；我用这个仪器计算了东南至台北、东北至哈尔滨、西至拉萨等市两分两至日出日落情况，经核对网上公布数据，一般误差在十分钟左右。

仪器虽不精致，体现理论是没问题的它的原理和可行性，可见仪器所附资料现在，我用这个仪器演示一下北极的太阳视运动北极是北纬 90°，打开元宝螺母，转动天柱，使纬度刻度 90°对准垂线指针，这时天柱垂直于地面，调好，固定元宝螺母先看冬至的情况，推动平行轴向上，使冬至刻度对准日期标线这时出现特定的景象，太阳在地平面下，观察者看不到太阳，处在漫长的黑夜中抽动平行轴向下，当抽到春分时，太阳开始露出地平线，以后渐高，到夏至刻度对准日期标线时，看到太阳仰角在夏至时最高，理论值易算为 23.5°，往上推平行轴，看到太阳到秋分才落显然一年是一个昼夜在半年的白昼中，太阳在天边连续地晒，北极还是那样寒冷，就因为太阳仰角小可见仰角的作用是多么大啊！下面，我们就用正午太阳仰角大小作为判断热冷的依据我们还看到在北极，太阳足迹是正圆，太阳的地面方位变化速度和地球自转角速度完全相同，都是 15°／时只有在这里，太阳方位和时间线性对应理论已证明：当 赤纬角=90 °-纬度时，日出点日落点，在正北重合，即太阳从正北出来正好跑一整圈演示一下：将节气调到 4，资料上查得它的赤纬角是 20.2°，将纬度调到 90°-20.2°，看到这时的日出点日落点，都在正北，略向下抽平行轴，节气大于 4 就出现长于 24 小时的长昼。

这说明节气大于4 是长昼，从节气 4 到节气 5、6、再回到节气 5、4，这个长昼长为两个月，理论已证明：当 赤纬角=纬度-90 °时，日出点日落点，在正南重合，即太阳在正南露个头，没出来就落下演示一下：纬度不动，纬度 90°-20.2°，再-90°=-20.2°，这是节气-4 的赤纬角，将节气调到 -4，看到这时的日出点日落点都在正南，若节气小于-4 就出现长于 24 小时的长夜这个长夜也是两个月，这说明，这个纬度，只有在节气-4 到 4 的八个月中 24 小时内昼夜相间它的一年“天”数要少四个月的这里演示了一个已经证明的规律：对于 0≤ξ＜23.5°的 ξ 角，在纬度为 90°-ξ 的北极圈之地，当节气的赤纬角＞ξ 时就进入长昼，当赤纬角＜-ξ 时就进入长夜结论是这样的：北极圈内各地，ξ=0 的北极每年只有一“天” ，离北极越远，ξ 越大，长昼长夜越短，每年的“天”数会越多，到了北极圈，就没有大于 24 小时的长昼长夜了现在我用这个仪器再演示一下赤道的太阳视运动赤道是纬度 0°，打开元宝螺母，转动天柱，使 0°对准垂线指针后，固定元宝螺母这时天柱平行于地面这时左右抽动平行轴，会发现：①赤道每天见日时间总是 12 小时。

太阳足迹是线段②春分或秋分时，正午太阳在观察者头顶这时理论仰角为 90°，如果没有热滞后的话，春分和秋分应该是热度最高的日子那就称它俩为夏源吧③夏至时，正午太阳仰角为 66.5°冬至时，正午太阳仰角值也为 66.5°如果没有凉滞后的话，夏至和冬至应该是热度最低的日子那就称它俩为 “冬”源吧这里的冬是带引号的，是就其极端地位而言的，其实它的正午太阳仰角和高纬度地区夏至的相当，那里还算是热的，只是相对它自己的夏要凉一点从正午太阳仰角公式，显然：当赤纬角和纬度相等时，正午太阳仰角是 90°演示一下：将纬度调到 11.5°，因为它是节气 2 的赤纬角，再将节气调到 2赤纬角和纬度相等，看看这时的正午太阳仰角确实是理论计算的 90°热带各地每年都有赤纬角等于当地纬度时的两个烈日当头的夏源，都有烈日偏得较远的夏至和冬至两个 “冬”源这两夏、两“冬”加过渡似应有八个季节，或因季节性不强，另有其它分法，也是可能的离开赤道越远，两个夏源离得会越近，到回归线时两个夏源连同中间的一个 “冬”源，合为一个夏源后，和其他地区就一样了我们这里冬至开始数九，冷在三九；夏至三庚才数伏，热在三伏热带地区凉、热滞后会怎样呢？未曾体验，难于想象。

演示完北极和赤道后，我们统观北半球，画出北纬 0°、15°、39°、75°、90°的中午太阳仰角一年变化图如下由图，自上而下，我们看出从赤道到北极的日照变化利用这个仪器，可以让我们足不出户遍历世界各地，欣赏太阳视运动景象使用本仪器还能看出世界各地太阳地面方位变化速度概况，前面只略提及北极与赤道两个极端情况感兴趣者，详见仪器所附资料 对本仪器进一步想法：①太阳轨道上均布上 96 个 led 灯，每刻钟依次点亮一个，形象地表示太阳运动；②依据所附资料的公式，制造一个专用电子表，输入经度纬度时间后立即数字显示太阳方位和仰角，配合本仪器使用；③编制出应用程序，在显示天气同时，实时显示太阳方位和仰角有点意思吧！如您有高见，请赐教谢谢，再见！。