你看到的日出日落，是個(gè)“假太陽”
為何在日出前、日落后，我們?nèi)阅芸吹教枺?/strong>
準(zhǔn)確而言，在這些時(shí)刻我們其實(shí)是看不到太陽的。畢竟，日出的定義就是太陽出現(xiàn)在地平線上的那一刻，從這個(gè)角度而言，你不可能在太陽出現(xiàn)前看見它。
不過，我們的確可以在日出前、日落后看到“幾何學(xué)上的”低于地平線的太陽。這是陽光在地球大氣層中折射時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象——地球的大氣令太陽光的光路發(fā)生了偏折，于是我們看到的太陽和它實(shí)際所在的位置略有不同。
這種效應(yīng)的強(qiáng)弱程度跟隨緯度的變化而變化，并且最明顯的地方在赤道——如果地球沒有大氣層，赤道上的日出要比現(xiàn)在早2min左右，相應(yīng)的日落時(shí)刻也會比現(xiàn)在晚2min。接下來將進(jìn)一步探討這一效應(yīng)。
什么是光的折射？
你知道嗎？你其實(shí)可以提前幾分鐘看到太陽升起，也可以延遲幾分鐘看到太陽下山。這一切都來源于光的折射。
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神奇的大氣層
作為大自然母親最喜愛的魔術(shù)——折射，它能夠令光線在傳播（從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)）的過程中發(fā)生彎曲。這一效應(yīng)導(dǎo)致了許許多多的光學(xué)現(xiàn)象，例如彩虹、海市蜃樓、光環(huán)、幻日等等。它還能讓星星在夜晚閃爍、讓你的鉆戒閃閃發(fā)光、讓插入水中的稻草或鉛筆彎折、甚至讓你看到實(shí)際位置低于地平線的太陽。
▲大氣折射現(xiàn)象之太陽，圖：timeanddate.com
光線的彎曲程度取決于光的波長、傳播介質(zhì)的密度、以及光線穿過界面時(shí)的入射角。當(dāng)光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)（比如從空氣射入水中，或是從稀薄的大氣層射向更稠密的大氣層），它的光路會向法線（一條垂直于兩種介質(zhì)表面的假想線）的方向偏折。如果光線是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，則光路會向遠(yuǎn)離法線的方向偏折。法線與折射光之間的夾角稱為折射角。
當(dāng)光線垂直于介質(zhì)交界面入射時(shí)，它將沿直線穿過界面，而不發(fā)生偏折。
地球大氣層的密度是不均勻的——隨著海拔的增加，大氣密度逐漸降低。因此，包括太陽在內(nèi)的一切宇宙中的光源發(fā)出的光線在進(jìn)入大氣層的過程中都會發(fā)生多次折射。
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天文折射現(xiàn)象
當(dāng)太空中的光源發(fā)出的光線入射到地球大氣層中時(shí)，光路的偏折現(xiàn)象被稱作天文折射或大氣折射。這是為了與地球上的物體的光源產(chǎn)生的地面折射形成對比。
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日、月、星的偏移
雖然垂直于界面入射的光線不會發(fā)生偏折，但以小角度射入地球大氣層的光線將會不斷向法線方向偏折，偏折程度與地表曲率大致相當(dāng)。
也就是說，只有位于你頭頂正上方的天體的位置和你所看到的像重合，而對于那些更靠近地平線的天體，看起來要比實(shí)際的位置要高。
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日出與日落時(shí)的折射現(xiàn)象
▲在這張圖中，太陽的實(shí)際幾何位置已經(jīng)落到了地平線以下。但即使太陽在地平線以下，大氣折射也能讓你看到它。圖：bigstockphoto.com
對于貼近地平線的物體（如初升或剛落的太陽）而言，這一現(xiàn)象尤為明顯，因?yàn)檫@時(shí)光線是以極小的入射角射入大氣層的。在折射的影響下，我們能夠在清晨太陽真正升起前和傍晚日落之后幾分鐘看到它。
折射效應(yīng)帶來的最顯著的影響之一便是，晝夜時(shí)長并不是嚴(yán)格相等、各占12小時(shí)的，這顛覆了許多人的想象。由于太陽光的折射，春分日和秋分日的白晝都要比黑夜略長幾分鐘。
大氣折射同樣影響著我們在月升月落前后實(shí)際看到月亮的時(shí)間。
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溫度與氣壓對折射的影響
大氣折射的程度同樣收到氣溫與氣壓的影響：氣壓越高、氣溫越低，折射角就越大。因此，倘若你在寒冷的高氣壓地區(qū)觀賞日落，你需要比位于標(biāo)準(zhǔn)溫壓地區(qū)的觀察者多等幾秒鐘才能看到太陽的上邊緣完全消失在地平線以下。
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考慮大氣折射后的日出日落計(jì)算器
我們的 太陽計(jì)算器，能夠在考慮折射現(xiàn)象的前提下給出您所在地的日出日落時(shí)刻表。我們的程序是基于101.325千帕（kpa）的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15℃/59℉溫度下的數(shù)據(jù)計(jì)算大氣折射，因此當(dāng)實(shí)際溫度和氣壓嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，我們給出的時(shí)刻表可能與實(shí)際的日出日落時(shí)間存在幾秒鐘的誤差。
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