有趣问题：我住在北半球的中国，我注意到一年中冬至日的白昼时间最短，但是冬至日并不是一年中日落最早的一天。那一天大约是12月10日，照此推算，12月10日以后太阳每天都会更晚落下，但是此时还没到白昼时间最短的冬至日（12月21日）。当然了，自12月10日以后，太阳每天会更晚升起，以此抵消更晚日落造成的额外白昼时长，所以在12月10日以后的8~9天内，每天的白昼时间还是逐天减少。我把这一点告诉了我的朋友们，并用几个可以计算日出/日落的网站提供的结果证明了我的观测结果，可是他们还是不相信我。我的问题是，为什么一年中最短的一天和日落最早的一天不是同一天呢？一定在哪里存在不对称性！
物理学家答：如您所言， “不对称性”是解释这个问题的关键。
地球围绕着太阳旋转，在太阳两次回到天空中同样的位置的过程中，地球需要旋转略大于360度。经过一天的旋转，地球在其轨道上会偏离1度（确切地讲，是在365天一共偏离360度），换言之，这1度的偏离使得太阳会比其“应该”处在的位置偏离1度。
地球自转的周期并不是整24小时，而是23小时56分钟。24小时是太阳回到天空中同样位置所需要的时间。如果从北极点上方进行观测，我们会发现地球以逆时针方向沿自轴自转的同时，还以逆时针方向绕着太阳公转。
上述的偏差造成了“标准日”和“恒星日”（地球自身旋转一次所用的精确时间）的不同。我们所熟悉的标准一天24小时，并不是从正午到另一个相邻正午（太阳日）之间的精确时间，而是以一年为基准计算所得的平均数值。这种平均时间是一成不变的，也是我们能从钟表上读到的时间。毕竟，现在大多数手表足够精确，一年内的偏差不过几分钟而已，因此相比每天根据太阳的位置来调整钟表，更简单地操作是让钟表自己运行。
然而，考虑到地球的公转轨道是椭圆形，地球每天扫过的角度是不同的。当地球离太阳更远时，扫过的角度变化不大，太阳时比标准时略快。当地球离太阳更近时，扫过的角度变化得快些，故而太阳时比标准时略慢。
当地球离太阳很远时，地球每天扫过的角度更小，因此太阳比我们的钟慢一些（这个偏差会逐渐累积），所以此时日出和日落比预定时间要晚。当地球离太阳很近时，相反的现象会出现。
当地球距离太阳最近时，北半球正值冬至日，但这说法并不精确。实际上，地球处于“近日点”时大约是1月4日，而冬至日大约在12月21日。
在11月至来年的2月间，太阳时较标准时晚得越来越多（在1月4日晚得最多），据此日落越来越晚。另一方面，这期间每天的白昼时间越来越短，直到12月21日，据此日落越来越早。上述的两种因素对日落早晚的影响相反，这两种影响于大约12月10日（可能有些许偏差）恰好抵消。在12月10日前，每日时长的影响更重要；而在12月10日以后，标准时和太阳时之间的偏差更重要。
你并不一定要相信我。你可以在地球上的任意地方架一个照相机，每天在同一时间拍下天空的样子。右边的照片是某人按照上述的方法拍到的照片。
上述的两种影响实际上很小，所以通常我们只在意一天的时长，而太阳时与标准时之间的偏差总是在15分钟以内。在人们普遍使用标准时以后，日晷生产商会在日晷上标注“8字曲线”，方便使用者校正读到的太阳时。
不管怎样，请告诉你的朋友，你是对的！
以下内容大多与原题无关！四季更迭和昼夜交替，成因都是地球自轴的倾斜。我们知道，现在地球离太阳最近时，地球自轴的靠北的一端远离太阳，而这仅仅是巧合。因为这个现象，北半球的天气稍稍不那么极端些。若是地球离太阳最远时，地球自轴还是向北偏，北半球的天气则会更极端些，而这会导致更多的积雪。北半球陆地面积更大，因此积雪更厚，并且白色的积雪会反射更多的阳光至外太空，这些因素都导致地球温度会更低，此时地球便会迎来冰河时代。
此外，地球的自轴以2万6千年为周期绕圆圈摇摆。换言之，在大约1万3千年里，当地球离太阳最远时，地球自轴的北端远离太阳。因此，冰河时期的周期大约为2万6千年，或2万6千年的整数倍。另外，北极星在过去和将来，都不会永远是北极星，所以享受当下吧。古埃及人需要在两颗星星之间取平均, 就像原始人一样。
对了，日晷上“8字曲线”的形状由以下这些因素综合决定：地球自轴的偏离程度，至日（夏至和冬至）以及二分时刻（春分和秋分），轨道的离心率（椭圆性），到达公转轨道上近日点和远日点的时间。类似地，其它行星各自有它们的“8字曲线”。我们可以简单地算出行星们“8字曲线”的形状（火星除外），但是因为种种困难，我们无法在短时间内画出精确的“8字曲线”。例如，我们无法将探测器发射到气体巨星（如木星、土星、天王星和海王星）上；我们无法勘测金星的天空；我们无法将探测设备发射到水星上，因为探测器很可能会融化。
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翻译：天文志愿文章组-鱼在太平洋
审核：天文志愿文章组-历下
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3.原文来自：https://www.askamathematician.com/2010/12/q-why-isnt-the-shortest-day-of-the-year-also-the-day-with-the-latest-sunset/
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