为什么最早的日落不是出现在一年中最短的那一天？

我注意到在过去的十二月，日落在冬至之前的几天开始变得越来越晚。为什么一年中最早的日落不是出现在最短的那一天呢？这个现象和地球在一月处于近日点这一事实有什么关系吗？

我们的时钟和“平均太阳日”是同步的，“平均太阳日”是太阳的一种运动，其假设地轴（或倾斜角）的倾斜度为零且地球轨道完全为圆形（即椭圆率为零）。因此，我们首先考虑倾斜度和椭圆率全部为零的情况。这时，黄道（太阳系的平面和太阳在天空中相对于恒星的运行轨迹）就会与天球赤道相一致。由于时钟和太阳是完全同步的，所以太阳总会在下午12点位于子午线上。

但是事实上，地轴有23.5度的倾角。因此，黄道相对于天球赤道也倾斜了23.5度。那么会发生什么呢？以秋分点为例，如果倾角为零，那么太阳每天都会沿着天球赤道运动（这是由于地球围绕太阳公转而引起的运动，而不是地球绕其轴心自转产生的）。但是由于实际上的倾角为23.5度，太阳会与天赤道成23.5度角的轨迹移动，或者同时向南和东方向运动。

现在，我们来比较一下这两种情况下太阳向东移动了多少（情况分别为零度倾角和23.5度倾角）。可以得到的结论是，在倾斜度为零的情况下，太阳向东移动的会更多。因此，太阳会在时钟显示为下午12点之前到达子午线（表示当地中午），这是由于太阳向东移动的速度会比倾角为零时要小。由于时钟始终与“平均太阳日”同步，因此这种误差（发生在当地中午和时钟12点时刻之间的）将持续增长。

现在，随着太阳逐渐向南移动，可以注意到赤经的总线变得更加拥挤。此外，还可以观察到在冬至点附近，太阳的运动沿着-23.5度的磁偏角，也就意味着太阳仅仅向东运动。结合这两个事实，不难发现在四个分支点时，太阳向东移动的速度比倾斜度为零的时候要快。因此，在某些时刻，当地正午和时钟12点之间的差异将减小直至为零。这个现象正好发生在这四个节气点。过了这些节点，太阳仍会以大于“平均太阳日”的速度向东移动。因此，当地时间将会晚于时钟显示的正午。

从冬至到春分，随着太阳向更高的磁偏角倾斜，会出现与上面相反的结果，并且在春分点的时候，当地正午和时钟的正午会再次重合。因此，仅考虑倾斜度会得到：

·当地正午和时钟正午会在分至点重合。

·在二分点之后，时钟的中午将发生在当地时间中午之后。

·在二至点之后，时钟的正午将在本地正午之前出现。

·时钟正午与当地正午之间的最大偏差约为9分40秒。

同时，以下现象也是由于倾斜得到的：

·当地中午会在11月初至2月初之间持续偏晚。

·当地正午会在2月初至5月初之间持续偏早。

·当地中午会在5月初至8月初之间持续偏晚。

·当地中午会在8月初至11月初之间持续偏早。

因此，临近冬至的时候，日出会变得更早而日落则会变晚。但是由于当地正午变得比时钟正午要晚，所以会造成日出和日落时间的延迟。这两种现象的结合会导致更晚的日落出现在实际冬至时令之前，尽管白天还在不断变短。但是需要注意，我们仅仅考虑了倾角的影响，而假设轨道是圆形的。

现在，让我们来看一下考虑地球轨道的椭圆率会有什么发生。在这里我们假设倾斜度为零。如果地球的轨道是圆形，那么两个当地正午之间的时间在一年之中都会是相同的。但是由于地球轨道是椭圆形的，所以地球的移动速度比在近日点（1月左右）附近的平均速度要快，而比在远日点（7月左右）附近的平均速度要慢。

以太阳为中心，地球围绕其旋转构建一个模型。那么相比之下，一颗恒星就会处于无限远的距离。现在，在地球上绘制一个位置并将此标记为正午。那么随着地球的自转，这个点也会在其轨道上运动。当你在地球上标记的点再次到正午的时候，在轨道上标记其位置。这个时期就是平均太阳日（另需注意平均太阳日不同于地球绕其自身旋转一周所需要的时间）。

现在，如果地球运动的速度快于平均水平，那么它在相同时间内在其轨道上运动得更多，因此你在地球上标记的位置将不会是正午。地球必须旋转更多才能到达正午的位置。因此，当地正午会晚于近日点的时钟正午。在远日点处会发生相反的现象，地球的移动速度会慢于平均速度，因此当地正午发生的时间早于时钟正午。同时，误差在近日点附近时会逐渐增加，而在远日点附近时则逐渐减少。

因此，当考虑椭圆率时，

当地正午会在十月至四月期间出现的越来越晚。

当地正午会在四月至十月期间出现的越来越早。

当地正午和时钟正午之间的最大偏差大约为8分钟。

现在，让我们将这两种影响因素结合在一起来看看冬至前后会发生很么：倾斜度和椭圆率两者的结合使得冬至附近的当地正午晚于时钟正午。因此，这导致日出和日落的时间都会变晚（没有这种影响的话，日出会变晚而日落会变早）。总体的效果就是，即使白天变得越来越短，日落也会在冬至前开始变得更晚。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. 阿猜猜猜- astro-Jagadheep D. Pandian

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1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：http://curious.astro.cornell.edu/our-solar-system/the-earth/161-our-solar-system/the-earth/day-night-cycle/183-why-doesn-t-the-earliest-sunset-occur-on-the-shortest-day-of-the-year-advanced

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