黄金是太阳的眼泪还是太阳的后裔？

银河系的黄金到底是哪儿来的来自宇宙深空。在民间传说和历史中，有关地球上的黄金到底来自何处以及如何能够获得更多黄金的问题，已经产生许多荒诞无稽的解释。印加人认为，黄金是天上掉下来的，是太阳神的眼泪和汗水。亚里士多德(Aristotle)认为，黄金是硬化的水，是太阳射线穿透地下改造而成。艾萨克·牛顿(Isaac Newton)甚至曾抄下某个哲学家“点石成金”的配方，也有人认为黄金是德国民间传说中的侏儒怪(Rumpelstiltskin)用稻草变的。

现代天体物理学家则有他们自己的解释，即“后增薄层(late veneer)”假说。这种理论认为，大约40亿年前，地核形成并稳定后，陨石频繁撞击地球，使约占现在地球质量05%至1%的球粒陨石物质加入地幔中，造成地幔增生，进而形成现在地幔中铂族元素(包括黄金)。但有关“宇宙中黄金如何形成”这个更基本的问题，依然引发激烈争论。

数十年来，最令人信服的说法是超新星爆炸产生了令人垂涎的贵金属，以及元素周期表底部多种重元素。但是随着超新星计算机模型的改进，研究人员发现，这些超新星爆炸事件就像历史上的炼金术师那样，只是将黄金提炼出来，依然没有解决黄金起源的问题。或许还有其他宇宙事件需要研究，它们或许才是黄金诞生的真正来源。

过去几年间，一场相关辩论爆发了。许多天文学家认为，两颗中子星融合可能是宇宙中重元素(包括黄金)的诞生之源。其他人甚至认为，如果普通的超新星爆炸无法做到，更怪异的理论或许能够给出解释。为了解决这个争端，天体物理学家们正在到处寻找线索，从炼金术的计算机模拟到伽马射线望远镜探测深海锰壳等。争夺首先观察到“宇宙造币厂”黄金流水线的竞赛已经展开。

因为太阳无论是从东方地平线上冉冉升起，还是跌入西边山峦之前，它放射出的光波经过地球大气层的距离，都比太阳在头顶上直射时的距离大两倍多。此时的阳光经过悬浮在地球大气中的气体分子、小尘埃、冰晶、水滴的吸收和散射后，光波中波长较短的蓝光、紫光大多被吸收或散射掉，只剩下波长较长的红光、橙光到达地表被观测到，所以旭日和夕阳看起来不是金色，而是红彤彤的了。不过在一天的大多数时间里，7种颜色的光都是按差不多的比例混合的，看起来呈金**，也就是物理学中所指的白光。此时的太阳便是耀眼夺目的金**。 对地球生命来说，呈金**的太阳是至关重要的，也只有金**的太阳，才可能孕育出花团锦簇的地球。因为宇宙中的恒星，如太阳、牛郎星、织女星、天狼星、北斗星，都是硕大无比的核子炉，上面都是烈焰腾腾。当然这些烈焰腾腾的核子炉的温度又各不相同，温度不同的重要标志之一就是其颜色有差异。例如我们在夜空中看到的天狼星、织女星，又明又亮，它们是白色的，与之对应的温度是10000℃；金色的太阳是黄颜色，与共同色对应的温度是6000℃；我们祖先最早发现的参宿四，现在呈红色，所以它上面的温度比低得多，只有3000℃左右。 如果太阳是白色的，我们地球将被炙烤成焦土，处处如火焰山；如果太阳是红色的，情况同样不妙，地球上一年四委都将是冰天雪地，如同现在的南北极度。在这两种情况下，地球生命都会面临巨大威胁。正是金**太阳恰到好处的作用，地球生物包括人类才拥有了生命所需的一切一切

我们看太阳的颜色不一样是因为大气的散射和折射，当太阳的入射角改变，我们看到的色光就改变了。太阳光的白色是由七色光组成的，但在经过大气层时被分离和折射了。

太阳的颜色可以告诉我们它的表面温度如果我们把一根铁丝伸进火炉里,烧几分钟

后拿出来,会发现它发出暗红色的光此时测量它的辐射温度,大约5,000华摄氏度如

果我们把它放进火炉多几分钟,再拿出来,发现它发出亮**的光此时测量它的辐射温度,

大约11,000华摄氏度此时铁丝的颜色与太阳十分接近,太阳表面的温度也大约是11,

000华摄氏度与此类似,其它恒星的颜色也暗示出各自的表面温度如红星温度较低,蓝,

其实，太阳是白色的。我们看到的**的太阳不是太阳本身的颜色，而是通过大气层的滤过后，观察到的太阳。太阳光并不是单一颜色的光线，而是其发出的所有波长光线的组合。而这些光线的组合就是白光，所以白色也就是太阳最纯粹的颜色。

事实上，准确地来说，太阳是白色的——从国际空间站或者月亮上看到的真实颜色。而身处地球的我们，平日看到的**、橙色或者红色的太阳，都不是太阳本身的颜色，而是通过大气层的滤过后，观察到的太阳。

其实在现实生活中，有很多例子都间接地反映了太阳的“原色”。比如，通过棱镜观察阳光可以看到全部波长范围内的光线。再者，雨过天晴，从天边的彩虹也能够看到太阳的光谱。不难发现，太阳光并不是单一颜色的光线，而是其发出的所有波长光线的组合。而这些光线的组合就是白光，所以白色也就是太阳最纯粹的颜色。

而且，太阳发射出的不同波长的光线，其含量也不同。实验测定发现，在可见光区域，含量最高的是绿光而不是黄光，所以，太阳最常见的“**”，也并不是在太阳光谱范围内**区域占比最大而引起。

值得一提的是，可见光不仅仅是太阳辐射的产物，还受黑体辐射的影响。最终这些光谱表达出一种“平均颜色”——反映了太阳和其它恒星的温度。太阳的平均温度接近5800Κ，几乎为白色。猎户座β星温度更高，超过10000Κ，它呈现为蓝色。而猎户座α星相对凉爽，温度为3500Κ，显示为偏红色。

大气层通过太阳光线散射会改变太阳表层的颜色，这种效应称为“瑞利散射”。由于紫光和蓝光被散射出去（但并非完全消失），可见光的平均波长或者说太阳的颜色会向红光转移。此时，大气层中微小颗粒的存在，短波长光线发生散射，从而使得天空为蓝色。

一天中，随时间的改变太阳的颜色也有变化。当太阳东升西落时，大气层比较厚，太阳会呈现偏橘**或红色。正午时分，大气层比较薄，尽管通过大气层仍然能看到一丝**，但明显颜色淡了很多，此时太阳的颜色最接近真实颜色。烟雾也会使得光线发生散射，其结果是太阳更多地呈现**或红色（轻微蓝色）。同样的作用，当月亮处于水平线上时，使得月亮更多的展现为橘**或红色；当它位于高空，显示为**或白色。

四季递变、五带区分：

根本原因：黄赤交角

直接原因：太阳相对于天赤道的回归运动

回归运动：天球上的太阳，半年在天赤道以北，半年在天赤道以南

南、北回归线：太阳在天球上所能到达的南、北界线

回归年：回归运动的周期

太阳相对于天赤道的回归运动 ⇔ 太阳直射点相对于地球赤道的往返运动

半年在天赤道以北 ⇔ 半年直射在北半球

半年在天赤道以南 ⇔ 半年直射在南半球

晨昏圈

太阳直射点的南北移动 → 晨昏圈在南、北极两侧摆动（摆动的幅度：23°26′）

极昼、极夜

北极圈：北纬66°34′

南极圈：南纬66°34′

太阳回归运动：太阳赤纬的周年变化

天体赤纬的变化 → 周日圈的改变 → 不同的出没时刻（与方位）、中天高度

太阳赤纬的变化 → 昼夜长短、正午太阳高度的大小

太阳黄经 ↔ 太阳赤纬：

λ：太阳黄经、δ：太阳赤纬、ε = 23°26′（黄赤交角）

在这里插入描述

在这里插入描述

401-2 太阳回归运动与地球公转

地轴和经线的方向：南北方向

赤道和纬线的方向：东西方向

地轴：直的

赤道面：平的

轨道面：斜的

在这里插入描述

黄赤交角：黄道（轨道）面对于赤道面的倾斜

北半球 地球（轨道） 太阳（黄道） 直射点（地球）

升分日 春分日 中点 升分点 赤道

北至日 夏至日 最南点 北至点 北回归线

降分日 秋分日 中点 降分点 赤道

南至日 冬至日 最北点 南至点 南回归线

在这里插入描述

轨道周长的一半：约470 000 000 km

轨道平均直径：约300 000 000 km

南北分量：约120 000 000 km

地球公转的南北分量 → 太阳相对于天赤道的回归运动

南北分量：120 000 000 km → 太阳赤纬的变化：23°26′ × \times× 2 = 46°52′

南北方向：改变700余km → 太阳赤纬：改变1′

在这里插入描述

402 昼夜长短

402-1 昼夜长短概说

昼半球、夜半球

晨昏线：清晨、黄昏

昼夜交替的周期：1 太阳日

昼弧、夜弧

太阳直射点 北半球 南半球 北极圈 南极圈

春秋二分 赤道 昼夜等长 昼夜等长 昼夜等长 昼夜等长

北至日 北回归线 昼最长，夜最短 昼最短，夜最长 极昼 极夜

南至日 南回归线 昼最短，夜最长 昼最长，夜最短 极夜 极昼

在这里插入描述在这里插入描述在这里插入描述在这里插入描述

半昼弧公式：cost = - tgφ tgδ

φ：当地的地理纬度（空间因素 / 地理因素）

δ：当时的太阳赤纬（太阳直射点纬度）（时间因素 / 季节因素）

赤纬↑，周日圈↓，昼弧与夜弧的差异↑

t cost 条件

昼夜等长 90° 0 ① φ = 0°：赤道

② δ = 0°：春秋二分

昼长夜短 > 90° < 0 φ和δ同号：太阳直射半球

昼短夜长 < 90° > 0 φ和δ异号：非太阳直射半球

极昼 180° -1 φ和δ同号且互余：φ = 90° - δ

极夜 0° 1 φ和δ异号且互余：φ = - (90° - δ)

402-2 昼夜长短的纬度分布

① 赤道（φ = 0°）：全年昼夜等长

② 太阳直射半球：昼长夜短 → 高纬度地区：极昼

③ 非太阳直射半球：昼短夜长 → 高纬度地区：极夜

高纬度地区：φ ≥ 90° - δ

除春秋二分外：

纬度带 宽度

极昼地带 δ

昼长夜短地带 90° - δ

昼短夜长地带 90° - δ

极夜地带 δ

在这里插入描述

北半球 南半球

二分日 昼夜等长 昼夜等长

北至日 昼最长，夜最短（极昼地带最广） 昼最短，夜最长（极夜地带最广）

南至日 昼最短，夜最长（极夜地带最广） 昼最长，夜最短（极昼地带最广）

在这里插入描述

402-3 昼夜长短的季节变化

全球各纬度共同：

① 二分时：昼夜平分（12小时）

② 二至时：昼夜长短极端（昼最长、夜最短 / 昼最短、夜最长）

③ 全年平均昼长：12小时（不计太阳视半径和大气折光作用）

升降二分：

① 昼长夜短与昼短夜长的交替

② 极昼和极夜地带、昼长夜短和昼短夜长地带发生南北倒转

③ 由昼夜平分开始趋向极端

④ 太阳赤纬（δ）变化最快 → 昼夜长短的变化特别明显

南北二至：

① 昼减夜增和昼增夜减的交替

② 四个地带发生扩大和缩小的更替

③ 昼（夜）长：开始由极端趋向齐平

④ 二至日过后不久：地球分别经过轨道的近日点（1月初）和远日点（7月初） → 北半球夏至后昼减夜增的变化，比冬至后昼增夜减的变化显得较为缓慢

在这里插入描述

在这里插入描述

距极远近 → 极昼（夜）的持续时间

愈近两极 → 极昼（夜）期间愈长

南北极圈 → 1日

南北两极 → 约半年

402-4 昼夜长短的其它因素

影响昼夜长短的其它一些次要因素：

① 太阳视半径

天球上的太阳：视半径约为16′的光盘

日出和日没：以日轮的上缘出露地平为准（此刻日轮中心尚在地平下16′，视太阳中心的天顶距：90°16′）

② 大气折光作用

高度↑，地球大气的密度↓ → 光在大气中折射 → “抬升”天体（在近地平时最为明显：约34′）

当日轮上缘接触地平时，其实际位置尚在地平以下34′。

在这里插入描述

③ 限高差

站在高处 → 较早看到日出、较晚看到日没

任何时候，高山上的白天比地平上长一些。

太阳视半径和大气折光

→ 太阳出没时，视太阳中心的天顶距增加了16′ + 34′ = 50′

① → 昼半球扩大了50′，夜半球缩小了50′

→ 昼夜半球不再是真正的半球，晨昏圈不再是真正的大圆

→ 任何时候，极昼地带的范围扩大，极夜地带的范围缩小，二者有50′ × \times× 2 = 1°40′的差值

例如：南北二至日：极昼范围扩至南北纬66°34′ - 50′ = 65°44′；极夜范围缩为南北纬66°34′ + 50′ = 67°24′

② → 半昼弧公式修正为 cost = - tgφ tgδ - 00149 secφ secδ

→ i 赤道：不再是终年昼夜等长，而总是昼长夜短（相差约7分）

→ ii 其他纬度：昼夜平分的日期，不再出现在二分，而分别出现在春分前和秋分后约三四天

→ iii 南北地地区：极昼期间被延长，极夜期间被缩短

→ iv 南北极圈：极昼时期增长到一个月左右，极夜消失

402-5 晨昏蒙影

日出之前（黎明）和日没以后（黄昏）的一段时间，天空仍然明亮，处于半光明状态。

→ 曙暮光：昼夜交替的过渡时期

→ 现代天文学称：晨昏蒙影（晨光和昏影的合称）

成因：高空大气对太阳光的反射和散射的结果

起始 终止

晨光 晨光始 晨光终（日出）

昏影 昏影始（日没） 昏影终

晨光始和昏影终的标准：太阳“低度”

民用晨昏蒙影 航海晨昏蒙影 天文晨昏蒙影

晨光始 6° 12° 18°

昏影终 6° 12° 18°

在这里插入描述

晨昏蒙影 日轮中心 描述

民用晨昏蒙影 地平下0°-6° 曙暮光的强度，对正常的户外活动足够明亮，室内无需照明

航海晨昏蒙影 地平下6°-12° 户外活动已嫌太暗，室内工作需要照明

天空中的亮星已经显现，远方的地平线仍清晰可辨

航海测星（测定天体的地平高度）最适宜的时机

天文晨昏蒙影 地平下12°-18°

地平下18° 真正的黑夜来临（或结束）

肉眼可见的最暗淡的星开始显现，天空完全黑暗

晨昏蒙影持续的时间：

根据太阳周日圈与地平圈的交角大小（90° - φ）来推算

→ 纬度↑，晨昏蒙影的时间↑

→ 二分较短，二至较长

在这里插入描述

白夜：（高纬度夏季奇特的天象）整夜处于民用晨昏蒙影状态中（前一天的黄昏尚未结束，次日的黎明便接踵而来，通宵达旦，天空不黑）

403 太阳高度

403-1 太阳高度概说

太阳高度：太阳对地平的高度角

用解天文三角形的方法计算

太阳高度h的三个决定因素：

① 地理分布因素：当地的地理纬度φ

② 季节变化因素：当日的太阳赤纬δ

③ 周日变化因素：当时的太阳时角t

sinh = sinφ sinδ + cosφ cosδ cost

正午时刻，太阳中天 → 正午太阳高度

地球上的四季和五带的形成的两个主要的因素：

① 昼夜长短：影响日照时间的长短

② 正午太阳高度：决定辐射强度的大小

正午时刻，太阳中天 ：t = 0°

→ sinH = sinφ sinδ + cosφ cosδ

→ sinH = cos(φ - δ) = sin[90° - (φ - δ)]

→ H = 90° - (φ - δ)（正午太阳高度公式）

φ：都看作正值

δ：有正负之分（太阳直射半球为正，非直射半球为负）

注意：

北半球的正午太阳高度：以南点为起点

南半球的正午太阳高度：以北点为起点

计算结果容许出现H＞90°和H＜0°的情形。

条件 正午太阳高度 描述

φ = δ H = 90° 正午太阳当顶

太阳赤纬（δ）变化于±23°26′之间

→ 地球上只有南北回归线之间的地带，才有可能达到90°的正午太阳高度

δ＞φ H＞90° 该地（北半球）正午太阳已越过天顶向北倾斜

φ＞90° - δ H＜0° 极夜

正午太阳高度：H = (90° - φ) + δ

→ 上点高度：(90° - φ)

夜半太阳“低度”：H’ = -(90° - φ) + δ = φ + δ - 90°

→ 下点高度：-(90° - φ)

白夜的纬度界限：

晨光始（或昏影终）的太阳“低度”标准：-18°

δ的极大值：235°

→ -18° = φ + 235° - 90°

→ φ = 90° - 235° - 18° = 485°

→ 我国黑龙江省的漠河（φ = 535°）：“中国的北极”

在中学地理教学中，正午太阳高度的推算：

在这里插入描述

太阳直射点 条件 正午太阳高度

（a）赤道 δ = 0° H = 90° - φ

（b）纬度＜当地纬度 δ＜φ H = 90° - (φ - δ) = 90° - φ + δ＜90°

（c）纬度＞当地纬度 δ＞φ H = 90° + (δ - φ) = 90° - φ + δ＞90°

（d）南半球 δ为负值 H = 90° - (φ + δ) = 90° - φ - δ

403-2 正午太阳高度的纬度分布