第三章 黃道平面

　　青澀懵懂的莊波，制造太空自由穿梭系統(tǒng)的執(zhí)念深種，滿心都是穿梭在星際之中的期待。

　　轉(zhuǎn)眼間離李聲洪允若同學(xué)們參觀中國(guó)國(guó)天眼已過去三個(gè)月。而三個(gè)月后的2019年3月20日，是令李聲洪和所有全班同學(xué)的都?xì)g欣鼓舞的日子。因?yàn)檫@一天，他們得到了可以參觀中國(guó)天眼的消息。國(guó)家天文臺(tái)回復(fù)《關(guān)于同意岑思中學(xué)請(qǐng)求帶領(lǐng)高一（18）全體同學(xué)參觀500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的通知》的文件呈現(xiàn)在高一（18）班全體同學(xué)的面前，而他們不知道的是，從現(xiàn)在開始，他們將會(huì)是這個(gè)星球上最為特殊的一群人。

　　“同學(xué)們，國(guó)家天文臺(tái)已經(jīng)同意了大家參觀中國(guó)天眼的請(qǐng)求，下課后請(qǐng)班長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)好本班同學(xué)的人數(shù)，男女生數(shù)量，便于安排車輛和住宿，費(fèi)用和車輛由學(xué)校統(tǒng)一承擔(dān)，同學(xué)們準(zhǔn)備好筆記本和筆用來記錄學(xué)到的知識(shí)和心得。明天早上8點(diǎn)50在校門口集合，9點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)出發(fā)，同學(xué)們必須準(zhǔn)時(shí)喲”李聲洪笑嘻嘻的說到，臺(tái)下的學(xué)生聽到這樣的安排，更是將課堂的氣氛推向了有史以來的最高潮。

　　下課后，高一（18）班即將參觀中國(guó)天眼的消息瞬間傳遍了全校，惹得大家眼睛里都是羨慕的小星星。很多人不理解，為什么這次李聲洪的要求得到了學(xué)校和教育部門的支持，只有那些與李聲洪一道進(jìn)入岑思中學(xué)任教十多年現(xiàn)在已經(jīng)走上了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)崗位的同事明白，李聲洪這么多年來任勞任怨，對(duì)于身邊的同事升職加薪自己原地踏步也從來沒有放棄過對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，他這為了學(xué)生難得提出來的一次請(qǐng)求，應(yīng)該得到支持。而教育部門的支持和天文臺(tái)的同意，則是因?yàn)槔盥暫榍昂蠊灿?jì)在國(guó)家級(jí)和省級(jí)報(bào)刊雜志上發(fā)表過5篇研究太空星系及太空科技未來發(fā)展方向的論文，使得各級(jí)政府給與了各級(jí)教育部門充分肯定，得到了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的贊揚(yáng)，在各方的支持下，這份申請(qǐng)很順利的就得到了支持。

　　2019年3月21日，正值春分時(shí)節(jié)，溫暖的陽光照射在李聲洪和高一（18）班48名孩子身上，暖洋洋的很舒服。

　　“同學(xué)們，大家知道今天是什么日子嗎？”李聲洪借著這個(gè)機(jī)會(huì)，給大家繼續(xù)講授知識(shí)。此時(shí)，電視屏幕內(nèi)容轉(zhuǎn)換成課件。本次參觀派出了兩輛大巴車，另一輛車上則是由班主任伍欣老師帶領(lǐng)，大巴車上電視內(nèi)也播放著同樣的課件，班主任老師客串了一把地理老師。

　　“今天是咱們?nèi)⒂^中國(guó)天眼的日子?！比嗤瑢W(xué)異口同聲的答道。

　　“今天是3月21日，是春分，今天太陽光直射赤道，這里就涉及到一個(gè)太陽高度角的知識(shí)。春分日(秋分日同理，太陽直射點(diǎn)在赤道)某時(shí)刻太陽直射(0°，x°E)這一點(diǎn)，x°E經(jīng)線上各點(diǎn)都是正午?！?p>　　“日升日落，同一地點(diǎn)一天內(nèi)太陽高度角是不斷變化的。時(shí)角是以正午12點(diǎn)為0度開始算，每一小時(shí)為15度。即14點(diǎn)和10點(diǎn)分別為30度和-30度。日出日落時(shí)角度都為0?！?p>　　太陽高度角隨著地方時(shí)和太陽直射點(diǎn)的變化而變化。太陽直射點(diǎn)緯度以δ表示，觀測(cè)地地理緯度用φ表示(直射點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)緯度都是北緯為正，南緯為負(fù))，地方時(shí)(時(shí)角)以t表示，有太陽高度角的計(jì)算公式:

　　sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t

　　正午時(shí)太陽高度角最大(90°)，時(shí)角為0，以上的公式可以簡(jiǎn)化為:

　　sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ

　　由兩角和與差的三角函數(shù)公式，可得

　　sin h=cos(φ-δ)

　　因此，

　　對(duì)于太陽位于天頂以北的地區(qū)而言，h=90°-(φ-δ);

　　對(duì)于太陽位于天頂以南的地區(qū)而言，h=90°-(δ-φ);

　　二者合并，因?yàn)闊o論是(φ-δ)還是(δ-φ)，都是為了求當(dāng)?shù)鼐暥扰c太陽直射緯度之差，數(shù)值一定是正值，因此賦予他們絕對(duì)值，所以正午太陽高度角計(jì)算公式:

　　h=90°-|φ-δ|對(duì)于(0°，x°E)這點(diǎn)來說，它離太陽直射點(diǎn)的緯度距離也就是|φ-δ|的值為0°，它的太陽高度角就是90°。

　　另外一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，(1°N，x°E)與太陽直射點(diǎn)的緯度差為1°

　　此時(shí)，這一點(diǎn)的太陽高度角為89°(根據(jù)太陽高度角計(jì)算的公式h=90°-|φ-δ|)。

　　(1°S，x°E)與太陽直射點(diǎn)的緯度差也是1°。

　　因此，當(dāng)?shù)氐奶柛叨冉且彩?9°。

　　“太陽高度角這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，大家都清楚了嗎？”李聲洪看著大家沉靜思考了一會(huì)后問道。

　　“李老師，我們平常用到的只是太陽高度角還是公式上面表示的需要計(jì)算出對(duì)應(yīng)的正弦值呢？”

　　“在日常的考試中，一般只要得出角度即可?！?p>　　“李老師，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)公式最本質(zhì)的地方，也就是直射點(diǎn)的緯度和觀測(cè)點(diǎn)緯度這兩個(gè)變量之差，為什么還要用90°減去差值呢，這個(gè)是什么原理??？”

　　“恩，唐妮同學(xué)問得好，這也是我需要給大家講授的關(guān)鍵。太陽高度角實(shí)際上是觀測(cè)點(diǎn)做切線后切線與正午十二點(diǎn)太陽光照射線所成的夾角的余角，我們可以以赤道為基礎(chǔ)，當(dāng)太陽直射赤道時(shí)，太陽光照射線與赤道切線所成角度為90°。當(dāng)這條切線逐漸往南北移動(dòng)，隨著緯度的增加，那么切線與太陽光照射線所成角度就會(huì)逐步變大，反之，則其余角就會(huì)變小，也就是太陽高度角逐漸變小?！?p>　　“恩恩，這樣理解起來我以后都不會(huì)忘記了?！币恍W(xué)生甚至是根據(jù)李聲洪的解說比劃起來角度，李聲洪心里欣慰的笑了。

　　“太陽高度角逐漸變小，也就意味著觀測(cè)點(diǎn)獲得的熱量逐漸減少。所以理論上來說，離太陽直射點(diǎn)越近，溫度越高，離太陽直射點(diǎn)越遠(yuǎn)，溫度越低?！?p>　　“李老師，理論上是這樣，實(shí)際上和理論上有什么不一樣嗎？”

　　“在實(shí)際生活中，由于地形地貌、水陸介質(zhì)、海拔高度的不同，會(huì)呈現(xiàn)出與理論不一致的地方，但是這并不矛盾。首先是地形，由于山脈阻擋，所以低緯度陰面的溫度相較于近距離山脈的陽面溫度會(huì)更低，這是因?yàn)殛柮婵梢允艿教栒丈洌欢孛卜矫?，隔壁沙灘和森林綠地溫度的變化快慢不一，隔壁沙灘由于沒有植被覆蓋，溫度變化快，森林綠地因?yàn)橹脖桓采w氣溫變化沒有戈壁沙灘顯著，所以在一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)有與理論不一致的地方；水陸介質(zhì)方面是由于水陸介質(zhì)的不同，陸地溫度變化更加顯著，所以當(dāng)夏季或者是白天受到太陽直射后，升溫比水面快，這就會(huì)導(dǎo)致相鄰地區(qū)高緯度的陸地比相鄰地區(qū)低緯度的海洋溫度更高，而在冬季或者晚上，則相反；最后是海拔高度差異，海拔越高，溫度越低，理論上是海拔每升高100米，氣溫下降0.6℃，所以低緯度高海拔地區(qū)可能比高緯度低海拔地區(qū)溫度更低?！?p>　　“李老師，那太陽會(huì)直射北極和南極嗎？那里可是有那么多的冰層呢?！?p>　　“這個(gè)是不會(huì)發(fā)生的，因?yàn)樘栃袆?dòng)軌跡在是一個(gè)黃道平面”