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☀天体视运动实验室SKY MOTION LAB
地理交互实验室
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先选条件，再开始观察

日期与地点

理想实验不使用日期。

精确调整经纬度
南极 90°S北极 90°N
全年季节比较

拖动日期时保持当前观测时刻。

月球位置由日期、时间与观察地点共同计算。

演示方式

随日期计算 · 可拖动进行理想化实验

固定时刻逐日比较

日期观测下保持当地真太阳时，主界面显示全年日期滑动条；太阳位置与杆影同步变化。

日期观测对应实际日期；理想实验用于单独研究纬度和太阳赤纬。

显示辅助

这些设置影响辅助天空视图。

日影与杆尖影迹
m

开启影迹会切到俯视日影。杆尖影迹指杆尖的影子在地面上随时间移动的轨迹；太阳在地平线下时不产生直射日影。

放大只调整画面的地面比例，影长仍按真实米数显示；同一倍率下，比例不随时间或杆高自动变化。模型假设水平地面与竖直杆；圆外轨迹裁切，不沿边缘连线。

关联图解查看原理与结果
生活装置

太阳视运动

北京 · 夏至

同一地点、日期和时刻
白昼拖动旋转 · 滚轮缩放
太阳轨迹月球轨迹全年太阳 全年影尖杆尖影迹夏至模型 冬至模型 分日模型
00:0006:0012:0018:0024:00

面向前方半球的天空正投影：并非照片式透视，圆盘大小便于辨认，不代表真实角直径；白昼也标出行星位置，几何在天空中不代表肉眼可见。点击天体名称可转向它。

ⓘ

开启后保持观测时刻，用全年日期滑动条比较季节变化。

当地真太阳时12:00
00:0006:0012:0018:0024:00
太阳逐日观察 · 固定当地真太阳时

相邻日期的太阳与影尖平滑过渡；数值对应选定日期。日期推进不推进一天内的时间。

调整固定观测时刻
00:0006:0012:0018:0023:59

全年轨迹连接每日同一时刻的位置：粉紫色为太阳、绿色为杆尖的影子。只在有直射阳光时绘制影迹，圆外部分裁切。固定真太阳时使太阳时角近似固定，季节轨迹通常不是固定钟表时形成的“8”字。

逐日观察 · 固定观测时刻

相邻日期的画面平滑过渡；数值以选定日期为准。

调整一天内的观测时刻 20:00
00:0006:0012:0018:0024:00
拓展观察

行星伴月

比较月球与行星在天空中的方向。看起来靠近，不代表真实空间距离接近。

月球与行星的角距
月球高度
金星高度

逐日播放沿用上方日期滑块。

方位—高度展开图，画面距离不等于球面角距；虚线只用于关联标记。圆点只表示方向位置，不判断遮挡或掩星。靠近时局部放大；月相朝向不代表本地月面朝向。近距参考取 ≤5°，不是“伴月”的统一定义；搜索仅比较每日固定时刻，不是精确合相时刻。

太阳高度角
太阳方位角正北 0° · 顺时针计量
白昼时长ⓘ，展开计算说明

地面影长
当日升落 · 同时比较

日出与日落方位

正北 0° · 顺时针

全天变化

太阳高度曲线

当前日期月球

点击或拖动曲线切换时间，虚线表示地平线。

从地球看

太阳直射点与昼夜

太阳直射点观察位置

太阳照亮的半球为白昼，背向太阳的一侧为黑夜。

直射点观察位置暗色为夜半球

经纬度等距展开，面积与形状会变形。点击地图选地点；经纬度也可在实验设置中精确调整。

月相 · 固定朝向示意

亮面朝向为示意，不代表本地观测朝向。

经度用于定位与换算 UTC；轨迹使用当地真太阳时。

天空位置与升落（辅助）展开观察当天月球视运动

月球天空位置

连接全球与当地

地轴、观察者与当地地平面

地轴：连接南北极赤道面：垂直于地轴当地地平面：球面的切平面当地天顶：沿地心到观察者方向太阳方向：随日期和时刻变化

全年观察 · 每天同一时刻

日行迹（Analemma）

把每天同一时刻的太阳位置叠加在当地天空中；比较不同观测时刻，观察轨迹的位置和倾斜。

已与太阳逐日观察联动：使用上方同一当地真太阳时。

理想实验固定赤纬，无法表示真实的全年日行迹。

这里的“每日观测时刻”独立于主画面的日内时间轴。比较轨迹使用相同的时间依据和 UTC 偏移，09:00 不一定是当地早晨。

播放时标记平滑移动；数值对应选定日期，暂停后立即对齐。

1月4月7月10月12月

高级实验 · “8”字的成因

独立的理想轨道模型：只改变这个日行迹图，不改变主实验台的真实日期星历。倾角为 0° 可观察偏心率的影响，偏心率为 0 可观察倾角的影响。

近似开普勒轨道，固定倾角和偏心率，不含岁差、章动或地平视差，不用于预报。关闭开关即恢复真实星历。

◎ 天体视运动实验室天文星历 / 理想实验 · 几何地平线 · 未计大气折射
180° · 南
12:00
06月21日
1月7月12月
播放设置与快捷时刻

生活装置 · 水平日晷与赤道日晷

日晷实验台

日晷把太阳方向变成时间。这里的晷针与地轴平行，和前面用于观察影长的竖直立杆不同；赤道日晷的晷针穿过盘面，供两面使用。两种装置共用当前地点、日期和当地真太阳时。

00:0006:0012:0018:0024:00

改变针长可比较影长；时刻线方向不随针长改变。赤道晷针两侧各取此长度。

在盘面拖动影子方向，或点击时刻刻度；两种日晷与主实验台同时更新。夜间无直射日影。

当地真太阳时
对照钟表时 · UTC+8

01 · 庭院与广场

水平日晷

晷面水平，晷针指向所在半球的天极。

晷上读时

时刻线一般不等距，排列随纬度变化。晷针仰角等于当地纬度的绝对值；此装置搬到其他纬度需要重新校准。

怎样制作和安装？

可用硬纸板做水平底板，用直杆做晷针。晷针沿真南北方向安装，按上面的仰角固定，指向所在半球的天极；时刻线参考当前纬度的盘面，不可直接照搬等分的普通钟面。

02 · 公园与天文教学

赤道日晷

晷面平行地球赤道面，晷针垂直晷面。

晷上读时

相邻整点线相差 15°。太阳赤纬改变时，受光面会换到另一面；两面的刻度左右相反。分日前后太阳光接近平行晷面，实际较难读时。

怎样制作和安装？

可用双面硬纸圆盘，中心穿入一根与盘面垂直的杆；两面分别画每小时 15° 的时刻线，注意镜像关系。按上面的晷面倾角安装，让杆轴与地轴平行；不要把盘面直接水平摆放。

晷针 / 俯视投影直射阳光形成的影线浅色刻度：当前日期该时刻太阳在地平线下

点击盘面时刻刻度；聚焦画布后可用键盘：← / → 调整一小时，Home 回到正午。立体装置按同一几何模型投影；“盘面读时与安装”保留正投影图。晷针长度可调（默认水平针长 0.18 m，赤道针两侧各 0.18 m），盘面半径 0.32 m；箭头表示杆尖的影子超出盘面。安装应按真南北定向，普通指南针的磁北需校正磁偏角；极点方位不唯一，图中按选定经线作参考。影子的位置按光线与晷面交点计算；线宽及柔边用于辨识，不模拟真实半影、天气或地形遮挡。

想一想：为什么日晷与手机时间不一定相同？

日晷读出当地真太阳时。手机通常显示所在时区的钟表时；地点经度相对时区中央经线的差别，以及全年变化的均时差，都会使二者不同。这里使用固定 UTC 偏移，不自动处理夏令时。

动手比较：保持日期不变，把经度从 120°E 改到 105°E，观察同一当地真太阳时对应的钟表时；再固定地点改变日期，观察均时差的影响。

把天空变成你的实验室

主界面先选太阳或月球；底部时间控制台始终可用，拖动时刻或日期、输入精确时间，或按 5 分钟微调。播放设置中明确选择“一天内的时刻”或“日期（固定时刻）”。实验菜单按日期与地点、演示方式、显示辅助和关联图解分类；精确参数可展开调整。

可切换太阳和月球。圆点代表地面观察位置。轨迹是在该观察者眼中，天体当天经过的路径。

  1. 固定时刻比较季节：在太阳界面开启“固定时刻 · 按日期观察”，拖动全年日期或按日期播放，比较太阳与杆影的变化。可叠加全年同一时刻轨迹，并联动下方日行迹。此时固定当地真太阳时，不是固定北京时间。
  2. 探索日行迹：在太阳的关联图解中开启日行迹，固定钟表时观察全年“8”字，再切到固定真太阳时比较。日行迹可独立设置时刻；启用逐日联动时采用主实验台的真太阳时。UTC 偏移固定，不含夏令时。
  3. 比较季节：固定北京，依次选夏至、冬至，或拖动全年月份滑块，观察正午高度和昼长。季节主要由地轴倾斜造成太阳高度与昼长的变化，不能用日地距离远近来解释。
  4. 比较纬度：保持日期不变，把纬度从赤道拖到北极，观察轨迹倾斜和极昼、极夜。
  5. 比较升落方位：同时查看日出与日落方位；点击结果跳到对应时刻。极昼、极夜和极点要结合提示判读。
  6. 理解日影：切到俯视日影，拖动时间；在“显示辅助 → 日影与杆尖影迹”中可放大地面、显示全天杆尖影迹并点击轨迹切换时间。水平地面上的竖直立杆影子指向太阳的相反方向；杆高只用于影长，不改变观察地点的海拔。
  7. 生活中的日晷：在太阳的“关联图解 → 生活装置”中进入日晷独立实验页。拖动时间或盘面上的影子、播放一天，比较两种装置的日影；改变晷针长度，观察影长与读时。日晷的晷针与地轴平行，读的是当地真太阳时，不能直接当作手机钟表时。
  8. 仰望天空：选择“仰望天空”，从地面观察者的角度查看太阳、月球及五颗行星。拖动转向，点击天体名称可面向它；天空为前方半球的正投影，地平线下和身后的天体用列表说明。白昼显示行星位置并不代表肉眼可见。
  9. 联系地球：切换球面与全球平面图查看直射点和昼夜；平面图可点击选地点。联动示意显示地轴、观察地点及其当地地平面。
  10. 理解行星伴月：在月相界面开启演示，选择行星，比较同一地点和时刻的球面角距与高度。可寻找未来 30 天中固定时刻最靠近的一天；伴月并非行星与月球在空间里靠近，几何靠近也不等于适合肉眼观测。
  11. 探索月相：切到月相界面，先看月面亮暗与日地月关系，按天推进日期，在固定观测时刻比较月相与天空位置；如需查看月球视运动，可选择“月球天空”；太阳界面也可开启月球叠加。月相周期约 29.53 天，不等于一个公历月。月球也可能在白天出现在天空中。

时间采用当地真太阳时，太阳上中天约在 12:00（理想实验恰为 12:00）；不是手机的时区时间。日期观测使用天文星历，四季按钮选择当前年份、当地日期的分至日，按钮和季节对比线的名称沿用北半球；南半球季节相反。理想实验固定太阳赤纬，用于分析纬度和季节规律，此时所选日期与 UTC 不参与计算。对比线采用赤纬 0°、±23.44° 的理想模型。月球使用天文星历计算，计入地平视差（观察者位于地面而非地心），两种天体均以中心穿越几何地平线为升落标准，未计大气折射和当地山地遮挡。可见月面照明比例指地球所见月圆盘的亮面比例，采用地心视月相近似；接近四种主要相位标注“附近”，不等同于精确发生时刻；此处未模拟日食、月食的遮挡与亮度变化。日期观测的实际经过时长按 UTC 时间间隔计算，与当地真太阳时的读数间隔略有区别。月相图标采用固定朝向，不表示本地观测时月面亮侧的朝向；北、南半球及观察时间会影响月面朝向。日内最高时刻可能位于当天的 00:00 或 24:00 边界，不一定等于月球上中天时刻。月球方位、高度不等于肉眼一定能看见；新月附近和白天可能难以辨认。极点及天体位于天顶时，部分方位定义不唯一。