假設你將一台相機放在固定位置

朝天空拍照

每天在同一時間拍攝一整年

然後將每張照片疊在一起

太陽在這組合照片中會是什麼樣子？

一個固定的點？

一個圓形的路徑？

都不是

奇怪的是，太陽會形成這樣的 8 字形圖樣

稱為太陽的「日行跡」

但是為何如此呢？

地球的轉動產生出一些軌道

首先，地球每 24 小時
沿著 “自轉軸” 旋轉一周

產生日出及日落的現象

同時，地球循一個更緩慢的軌道

環繞太陽，大約 365 天繞一周

但是這裡有個驚奇的變化

相對於它的軌道平面（黃道面）

地球並非以北極朝上的方式旋轉

事實上，自轉軸有 23.4 度
固定傾斜的角度

稱為「axial tilt/轉軸傾角」或
「Obilquity/傾角」

傾斜 23 度似乎沒什麼

但這是我們感受到四季最主要的原因

當地球公轉時，一整年之中
轉軸傾角都朝著相同的方向

每年會有很長一段時間

北半球一直傾斜朝向太陽

而南半球就傾離太陽

反之亦然

我們因此感受到夏天及冬天

時值夏天的那個半球

太陽在空中會看起來較高
白天較長，也較溫暖

一年一次，太陽的赤緯

也就是赤道面

與太陽在正頭頂上時的
地表位置之間的夾角

達到最大值

這一天就是夏至，
一年當中白天最長的一天

這一天的太陽在天空的最高點

所以地球的轉軸傾角

部分解釋為什麼太陽
會在天空改變位置

而「日行跡的長度」

代表太陽赤緯在一整年中
上下掁幅為 46.8 度

但是為什麼是 8 字形而不是直線呢？

這是由於地球公轉的另一項特性

軌道離心率

地球環繞太陽的軌道是橢圓形

與太陽的距離隨著位置而改變

在地心引力相對改變之下

造成地球在一月時移動最快

那時地球是在最接近太陽的點

就是近日點

而在七月移動最慢
那時地球是在最遠離太陽的點

就是遠日點

地球的離心率意謂著中午

也就是當太陽在天空最高的時候

每一天不一定會在相同的位置

所以日晷可能會多到

比一般鐘錶時間
早 16 分或晚 14 分

事實上，鐘錶時間以及日晷時間
一年中只有四次是相同的

「日行跡的寬度」
代表這種偏差的程度（均時差）

那麼多年前，人是如何知道正確時間的？

在人類歷史大多數時期

依照太陽的位置已經夠準確了

但是近代

日晷與機械鐘錶之間的不同
變得極為重要

「均時差」的概念是由托勒密提出

後來依據約翰．克普勒的研究做了改進

在「視太陽時」 與我們
現在所用的「平均太陽時」做轉換

以前地球儀甚至印著日行跡

讓人們得以區別

一年當中某日的鐘錶時間
與太陽時間的不同

日行跡的樣子依據你所在的位置而不同

根據你所在的緯度會以某個角度傾斜

或在南半球時呈現上下顛倒

而如果你在其他的星球

你可能會有完全不同的發現

根據星球的軌道離心率和轉軸傾角

它的日行跡可能會看起來像是淚珠

橢圓形

或甚至一條直線

翻譯：Pao YuChen