【天文台科普】點解日出日落時間會有不同?秘密之一在於大氣折射

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(原文取自天文台網頁,大小標題、引言及內文,經過香港01編輯修訂)

日出日落是每日地球自轉而導致太陽的上邊緣出現及消失於地平線上的現象。日出日落時間除了取決於觀測日期,以及觀測者的位置、高度及時區外(見文章「度日如年」),亦會受地球大氣層對太陽光線的折射效應所影響。

大氣層密度是不均勻的,愈高空愈稀薄,這會令太陽光通過大氣層時發生連續折射,產生曲向地面的現象(圖一)。當我們逆着折射光線的方向看,觀測到的太陽(即太陽的視位置)比實際位置變高了。因此我們看到太陽剛升起時,它的實際位置還在地平線以下(見圖二(a))。同樣道理,當我們觀看日落時,看到太陽降至接近地平線時,它的實際位置已經在地平線以下(見圖二(b))。

點撃下圖了解日出日落時太陽實際位置▼

那麼大氣折射對日出日落時間會有多少影響呢?當日出或日落時,太陽頂部的光線到達地平線(見圖三),太陽實際中心的仰角平均約為-0°50'[1] (負數為地平線以下),其中的-0°16'是太陽的視半徑[2],而餘下的-0°34' 則是平均大氣情況的折射效應[2],後者在視覺上會令日出提前,而日落則延後。以香港為例,受大氣折射的影響,觀測到的日出及日落時間比沒有大氣折射效應的情況分別提早及推遲2分鐘左右。事實上,香港天文台公布的日出日落時間中已經包含了大氣折射等因數,用戶無需大費周章自行計算。

圖三:受大氣折射及太陽視半徑的影響,當太陽頂部的光線於日出或日落時到達地平線,太陽的實際中心的仰角平均約為地平線以下0°​50’(香港天文台提供)

鳴謝:作者感謝香港天文台同事許大偉先生及黃偉光先生為本文章提供有用的意見及資料。

參考資料:

1. 香港天文台2017年年暦-太陽周年路徑圖。

2. Atmospheric refraction, 維基百科。

原文:大氣折射對日出日落時間的影響

作者:香港天文台唐宇煇



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