晨昏圈

晨昏圈

晨昏圈,又稱晨昏線,或是曙暮光區是一條虛擬的線,它在行星的表面畫出了白天和黑夜的交界線(也稱為灰線)。晨昏圈由晨線和昏線組成,晨線和昏線各是一個半圓弧,晨線的東邊是晝半球,昏線的東邊是夜半球。在地球,晨昏線是地球上晝半球和夜半球的分界線,是一條直徑與地球接近的圓圈,除了極區以外,晨昏線每天會經過地球上每一個地點兩次,一次是日出,另一次是日落。

晨昏圈

簡介

地球上迎著太陽晝半球與背著太陽的夜半球之間的分界線,也稱晨昏線。晨昏圈把它所通過的緯線圈分成晝弧夜弧,晝弧與夜弧的長短可表示該緯線圈晝夜長短的狀況。
晨昏圈,又稱晨昏線,或是曙暮光區是一條虛擬的線,它在行星的表面畫出了白天和黑夜的交界線(也稱為灰線)。
晨昏圈,又稱晨昏線,或是曙暮光區是一條虛擬的線,它在行星的表面畫出了白天和黑夜的交界線(也稱為灰線)。

詳細信息

由於地球不停地以1個太陽日為周期的自轉,晨昏圈在地面上不斷地移動,其周期也為1個太陽日(24小時),從而產生了晝夜更替現象。由於黃赤交角的存在,使地球公轉過程中各緯線圈上晝弧與夜弧的長度不斷地發生變化,從而產生了晝夜長短的變化。在北半球的春分日、秋分日,晨昏圈同一根經線相重合,全球各地晝弧與夜弧等長,即晝夜平分。在北半球的夏至日、冬至日,晨昏圈同經線的交角為最大,夏至日,北半球各緯線圈上的晝弧為一年中最長,即白晝為最長,南半球各緯線圈上的夜弧為一年中最長,即黑夜為最長。冬至日,反之。晨昏圈是地球上的大圈,但由於大氣的散射作用等,在日出以前和日沒以後天空仍較明亮,因此它實際上要比大圈略小些。

定義

晨昏線的數學定義是在衛星或行星表面上,與太陽正切的所有點集合形成的軌跡。這條線在地球上分割出了由白天進入黑夜,和由黑夜進入白天的地區。在任何時刻(日食的時間例外),地球上都有一半的地區被照亮。晨昏線的位置因為地球自轉和繞著太陽公轉,而不停的隨著時間在改變。晨昏線的變化以一年為周期循環著,在分點,晨昏線幾乎與經線平行,並且在至點有最大的夾角,大約是23.5°。

與經緯線的關係

晨昏圈與緯線可在每年的春分日和秋分日,晨昏圈與某個經線圈是重合的,其他時刻,晨昏圈與任一根經線都只有一個交點。能只相交於一點,也可能相交於兩點,或者沒有交點,且沒有其他情況。沒有交點的緯線處於極晝極夜範圍之內,只有一個交點的緯線處於極晝極夜範圍的邊緣,有兩個交點的緯線當時沒有極晝極夜現象。其中有兩個交點的緯線被晨昏圈分成兩段圓弧,在晝半球的那段叫晝弧,在夜半球的那段稱為夜弧。
在赤道,平常的條件下(沒有像山這樣的障礙,或高於海平面以上的障礙),晨昏線每小時會移動1600公里(接近每小時1000英里)。當接近障礙時,這個速度會更高-例如像是在高山-前進的晨昏線的陰影將一如原來沿著平地前進的擴散至障礙物。晨昏線的速度在向極區接近時會逐漸減慢,在永晝或永夜的邊緣速度為0。
協和飛機和圖波列夫的Tu-144超音速客機是唯一用來載客且能超越晨昏線最高速度的飛機。然而,速度較慢的車量也能超過晨昏線在較高緯度的速度,而在至點的時候,晨昏線在極點的速度會比任何其他時間都快。在視覺上的效果是看見太陽從西邊升起。
檢視晨昏線可以獲得一些關於天體表面的資訊,例如,大氣層的存在會使晨昏線變得模糊。當一個物體在大氣層內的高度被提升時,則原本在地平線下的光源就可能被看見。微粒會散射光線,並且反射一部分回到地面。因此,即使在太陽已經沉默之後,天空依然可以維持些許的亮度。
業餘無線電操作者充分利用晨昏線(所謂灰線的情況)來執行長距離的通信。在良好的情況下,無線電波可以沿著晨昏線傳播至對蹠點。這主要是因為會吸收高頻訊號的D層,在晨昏線的夜晚測會迅速的消失,這個過程稱為天波傳遞。
事實上,有些低地球軌道衛星被設計成在晨昏線上繞極運轉的軌道,所以它們的太陽電池能穩定的受到陽光的照耀,而不用擔心受到日食的傷害。像這樣的軌道被稱為晨昏軌道,是一種太陽同步軌道。當電池的使用時間被延長了,低軌道衛星的使用壽命也可以相對的被延長。
這樣的軌道還可以讓對太陽影響要求最小的特定實驗可以進行,射計者可以選擇將相關的感測器安裝在衛星背像太陽一側的陰暗面中。

實際中的晨昏圈

因為大氣的折射,太陽的高度在沒有直射的情況下總是比沒有大氣的情況下要大,再加上大氣的散射作用,晝半球總是要稍稍地大於夜半球。晨昏圈因為大氣對太陽光散射的作用,而使晨昏圈在地球上是比較模糊的。

晨昏線的概念

由於地球是一個不發光、不透明的球體,所以同一時間裡,太陽只能照亮地球的一半。向著太陽的半球是白天(晝半球),背著太陽的半球是黑夜(夜半球)。晝半球和夜半球的分界線(圈)叫晨昏線(圈)。它是由晨線和昏線組成。

晨昏線的判讀

日照圖上,晨線和昏線的判斷方法,一是根據地球自轉方向判斷:順著地球自轉方向,由晝半球過渡到夜半球的分界線是昏線,由夜半球過渡到晝半球的分界線是晨線。二是根據晝夜半球判斷:位於晝半球西部邊緣與夜半球的分界線為晨線,位於晝半球東部邊緣與夜半球的分界線為昏線。

晨昏線的特點

(1)如果把地球看作一個正球體,同時不考慮大氣對太陽光線的散射作用,那么,地球上晝半球與夜半球的面積應相等,即晨昏圈是一個過球心的大圓,且平分地球。
(2)晨昏線平面與太陽光垂直。晨昏線上的各點太陽高度為0,晝半球上的各點太陽高度大於0,夜半球上的各點太陽高度小於0。
(3)晨昏線永遠平分赤道。
(4)晨昏線只有在春、秋分時才與經線圈重合。
(5)晨昏線在夏至、冬至時與極圈相切。
(6)晨昏線自東向西移動15°/小時,與地球自轉方向相反。

晨昏線的移動

一般地,如果地軸的傾斜方向不變,晨昏線在如圖1~3範圍內移動。1、2、3分別表示夏至、春秋分、冬至日時晨昏線的位置。即3月21日與9月23日晨昏線與經線圈重合,導致全球晝夜平分;6月22日擺動幅度最大,導致北半球晝最長,南半球夜最長;12月22日擺動幅度也最大,導致南半球晝最長,北半球夜最長。

晨昏線的畫法

依據晨昏線的特徵,在太陽光照側視圖上,過地心作太陽光線的垂線即為該日晨昏線(注意二至日晨昏圈與極圈相切,反映出極圈內的極晝或極夜狀況)。然後用斜線表示夜半球(注意斜線不與經線或緯線平行)。

與晨昏線有關的計算

(1)晨昏線與地方時
晨線與赤道的交點所在的經線地方時為6時,昏線與赤道的交點所在的經線地方時為18時;另外,經晨昏線與緯線圈的切點的經線,位於晝半球的經線地方時為12時,位於夜半球的經線地方時為24時。
(2)晨昏線與節氣及太陽直射點
如果晨昏線經過極點,與某一經線圈重合,則節氣為春、秋分,太陽直射赤道;如果晨昏線與極圈相切,也就是與地軸交角最大,分兩種情況:一是北極圈及以北為極晝,則為夏至,太陽直射北回歸線;二是北極圈及以北的極夜,則為冬至,太陽直射南回歸線。
(3)晨昏線與晝夜長短
晨昏線將緯線圈分成兩部分,即晝弧和夜弧,晝弧與夜弧的長短決定了位於該緯線圈上的點的晝夜長度。春、秋分,晨昏線平分所有緯線圈,全球各地晝夜相等;太陽直射南半球時,北半球晝短夜長,緯度越高,晝越短;太陽直射北半球時,北半球晝長夜短,緯度越高,晝越長,南半球與之相反。

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