中国最早的天文社区网站1小时前
原创：牧夫天文
翻译：田程偲
校译：陈艳玲 汪荣鑫 陆寅枫
编排：胡暖暖
原文链接：
https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/we-dont-really-know-when-the-sun-rises/
上百次日落日出的时间统计表明
我们的计算有缺陷
每24小时，地球都会经历一次黑夜。我们如同坐在一个在黑暗中疾驰的旋转木马上，以1675千米/小时的速度呼啸越过晨昏线。黑夜里，我们或是跌落入星光斑驳的深空，或是迷失于现代都市眩晕的人造光流中。还好，我们明白地球运动的规律，知道我们在黑暗后总能迎来黎明。
在与宇宙钟协调了几千年之后，你可能以为我们已经能够准确知道太阳何时升起和落下了。但是，特蕾莎·威尔逊（现在美国海军天文台）在密歇根大学的技术论文中指出，我们的估计值通常还是会有1到5分钟的偏差。
2012年在湖面拍摄的日落。Cerdit：Margit L.Steig
通常来说，日出和日落被定义为太阳圆盘顶部在地平线上的时刻。如果我们生活在一个没有空气的行星上，用简单的几何学便可以计算出这个时刻。但是由于大气的存在，光不会沿直线从太阳到我们的眼睛。当阳光照射到地球大气层时，它的路径会稍微弯曲，当光线深入到越来越稠密的大气层时，这种效果会加强。这种弯曲效应称为折射，它在地平线处最为明显。
威尔逊所能找到的所有公开可用的计算机制都假设在地平线上有一个折射角为34角分——略大于满月的大小。威尔逊发现早在1865年它就被作为一个标准引用。1月8日，她在西雅图举行的美国冬季天文学会会议上发表演讲时说：“但使用单一的折射角并不能解释不同地点不同的气象条件的折射状况——从本质上讲，我们认为7月份在夏威夷的情况与1月份在阿拉斯加的情况相同。”这种方法也没有考虑到观察者所处位置高度的影响。
威尔逊决定弄清楚我们对日出和日落的估计究竟有多精确。她从已公布和未公布的数据中找出每一个记录，最终从30个不同的地理坐标中，包括覆盖水面和陆地的地平线，收集了251个日出和514个日落的时刻。其中大约有600个是气象数据，这些数据可拟合进三个复杂程度不同的折射模型中，其他数据只能用34角分折射角拟合计算。
她发现，总的来说，地点和季节的不同会造成预测时间的准确性不同。陆地上的日出时间一般在夏季较早，而在冬季则较晚。夏季的差异最大，这可能是由于在这几个月内有明显的折射效应，大气中的气温温差会比较大。由于冷空气覆盖温暖的水面造成的海市蜃楼效应也加剧了一年中日落时间的滞后，有时滞后长达5分钟。然而，若考虑了观察者高于地平线的高度，关于水面上地平线的预测会有显著的改善。
这种扭曲的图像结合了两种折射效果：绿闪和一种称为Novaya Zemlya（NZ）效应的更高的海市蜃楼现象。 NZ效应是由于地平线上的冷近空气被温暖的空气所覆盖。 绿色闪光似乎不会强烈影响日出或日落时间，而NZ效应影响很大。Credit：Brocken Inaglory / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0
小贴士
1.绿闪(Green Flash):绿闪是有时在日落之后或日出之前发生的光学现象。 当条件合适时，在太阳圆盘上缘上方可见一个明显的绿点; 绿色外观通常持续不超过一两秒钟。 极少数情况下，绿色闪光可能类似于从日落（或日出）点射出的绿色光线。
2.NZ效应:Novaya Zemlya效应是由大气热层之间的高阳光折射引起的极地海市蜃楼。 Novaya Zemlya效应将给人的印象是太阳升得比它实际上要早（天文学上说），并且根据气象情况，这种效应会将太阳呈现为直线或正方形（有时也称为 “长方形太阳”），由扁平的沙漏形状组成。 海市蜃楼要求太阳光线通过数百公里（至少400公里）的逆温层，并且取决于反转层的温度梯度。 太阳光必须弯曲至地球的曲率至少400公里才能使太阳盘的视野升高5°。
3.海市蜃楼现象:海市蜃楼是一种自然发生的光学现象，其中光线弯曲以产生远处物体或天空的位移图像。幻影可以被归类为“劣等”（意思是更低），“优越”（意思是更高）和“Fata Morgana”——一种由一系列异常复杂的垂直堆叠图像组成的超级海市蜃楼，形成一个快速变化的海市蜃楼。
此外，包含气象条件的更复杂的折射模型并没有起到更好的作用：它们对地球大气中的气象层（称为对流层）行为固有的有限假设导致它们聚集在34角分值附近。不管模型如何，她总结说，日出和日落的时间误差不能精确到2分钟以内。
两分钟也许听起来并不重要，但威尔逊提醒道，如果GPS 失灵，水手将利用天体导航。她说：“多数水手会告诉你他们能够通过天体估算出他们的位置，且误差不会超过1海里。”但如果水手的计算中包括了日落时间，“1分钟可能会造成15海里的误差。”知道日出和日落的时刻对于专业和业余观测者都有好处。更好地理解光线如何通过大气折射到达地平线，将有助于我们做出更精准的预测。
『天文时刻』 牧夫出品
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帕克探测器传回在太阳大气层中拍摄的第一张照片影像由探测器上的宽场成像仪（WISPR）拍摄，当时距离太阳约 1690 万英里，但已经闯入了日冕中。背景中那个亮点是水星。图像中的黑点，则是对比度校正后产生的。
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