3-2 3-2 轉動的地球轉動的地球內容分布於內容分布於

課本 課本 60-6760-67

4-2-1 4-2-1 晝夜交替晝夜交替

自北極上空看 從赤道上空看

自轉一周為一日自轉一周為一日公轉一周為一年公轉一周為一年

地球以地球以逆時鐘逆時鐘方向方向繞著太陽旋轉，繞著太陽旋轉，稱為公轉 稱為公轉

以地軸為中心旋轉，稱為自轉以地軸為中心旋轉，稱為自轉

黃道黃道

因為地球自轉，所以因為地球自轉，所以

1.1. 除除北極星外，外， 日月星辰皆東升西落 日月星辰皆東升西落

2.2. 有日夜交替現象有日夜交替現象若地球不自轉，會發生何事？

地球自轉：地球自轉：天體東升西落 晝夜交替

地球自轉 +自轉軸傾斜： 天體運動的軌跡傾斜 晝夜長短在 不同緯度的差異

恆星的運動恆星的運動 星星星星由東向西移動 移動 由於地球每日自轉一周由於地球每日自轉一周地球的自轉軸幾乎指向地球的自轉軸幾乎指向北極星，，所以從地球上望去，其他的星所以從地球上望去，其他的星星好像以星好像以逆時鐘方向繞著繞著北極星旋轉 旋轉

恆星的運動恆星的運動 ------周日運動周日運動

東西

東西方位 ?

在天文攝影時，由於天體的亮度極低，在天文攝影時，由於天體的亮度極低，常需利用此功能來累積天體的亮度，常需利用此功能來累積天體的亮度，以獲得效果較佳的照片。照片中呈以獲得效果較佳的照片。照片中呈同心圓同心圓分布的星跡，即為分布的星跡，即為長時間曝長時間曝光光的結果，這是因為的結果，這是因為地球自轉地球自轉緣故，緣故，在地球上的觀測者會感覺所有的星在地球上的觀測者會感覺所有的星星都繞著星都繞著北極星逆時鐘北極星逆時鐘方向旋轉，方向旋轉，故獲得此故獲得此周日運動周日運動照片。照片。

北極星在地球自轉軸北極延北極星在地球自轉軸北極延伸出去的方向，因此在地球伸出去的方向，因此在地球上不同緯度的觀測者，所見上不同緯度的觀測者，所見到北極星的仰角也不相同，到北極星的仰角也不相同，例如站在北極點（ 北緯例如站在北極點（ 北緯 9090度） 的觀測者，北極星就度） 的觀測者，北極星就在其北方仰角在其北方仰角 9090 度的方向，度的方向，也就是正頭頂上；也就是正頭頂上；

站在赤道（北緯站在赤道（北緯 00 度）的觀度）的觀測者，北極星就在其北方仰測者，北極星就在其北方仰角角 00 度的方向，度的方向，也就是在地平線上；也就是在地平線上；站在北回歸線（北緯站在北回歸線（北緯 23.523.5度）的觀測者，北極星就在度）的觀測者，北極星就在其北方仰角其北方仰角 23.523.5 度的方向；度的方向；

而在南半球的觀測者，是看而在南半球的觀測者，是看不見北極星的，但仍可利用不見北極星的，但仍可利用南十字星座找出正南方的位南十字星座找出正南方的位置。置。

星星每小時會移動

西 西

「日出而作，日落而息」說明著人們「日出而作，日落而息」說明著人們的生活作息 隨著白天與黑夜不停更的生活作息 隨著白天與黑夜不停更迭而律動，當太陽從東方地 平線升迭而律動，當太陽從東方地 平線升起時，揭開了白天的序幕，由西方起時，揭開了白天的序幕，由西方地平線落下時，漆黑的夜晚也隨之地平線落下時，漆黑的夜晚也隨之到來。若由北極的上空俯瞰地 球，到來。若由北極的上空俯瞰地 球，太陽始終照亮著半個地球，再加上太陽始終照亮著半個地球，再加上地球自轉的緣 故，白晝與黑夜也就地球自轉的緣 故，白晝與黑夜也就交替出現了交替出現了

晝夜交替晝夜交替

06:00

24:00

12:00

18:00

12:00

東 西

東東

東

西

西西

圖 7-10 中， A 、 B 、 C 、 D 為地球赤道上的四個位置，試著想想看：1. 站在 D 位置與 B 位置的觀察者現在的時間分別為幾點鐘？

圖 3-10 中， A、 B、 C、 D為地球赤道上的四個位置，試著想想看：1.站在 A、 B、 C、 D位置的觀察者現在的時間分別為幾點鐘？

2. 試描述站在 A位置與 C位置觀察者的晝夜變化情況。

動腦時間1.D ：中午 12 時； B：晚上 24時。2. A ：由白天進入黑夜；C：由黑夜進入白天。

四季變化四季變化由於地球自轉軸相對於公轉軸傾斜由於地球自轉軸相對於公轉軸傾斜 23.23.55 度，隨著地球運行到公轉軌道的不度，隨著地球運行到公轉軌道的不同位置，太陽光會直射地球不同的同位置，太陽光會直射地球不同的緯度。一般而言，陽光直射時能量緯度。一般而言，陽光直射時能量集中，導致地表溫度較高；陽光斜集中，導致地表溫度較高；陽光斜射時能量較分散，導致地表溫度較射時能量較分散，導致地表溫度較低（圖低（圖 3-113-11 ），這是造成地球四季），這是造成地球四季氣溫變化的主要原因 氣溫變化的主要原因

造成四季變化的原因造成四季變化的原因太陽的直射與斜射1.1. 地球自轉軸傾斜地球自轉軸傾斜 23.523.5 度度2.2. 地球公轉地球公轉

黃道

公轉軸

23.5°66.5°

赤道面

因為地球是圓的，所以陽光有因為地球是圓的，所以陽光有直射斜射的差別。直射斜射的差別。

因為因為地球自轉軸地球自轉軸不是垂直不是垂直黃道面黃道面，他與黃道面有，他與黃道面有66.566.5 度的夾角，所以陽光直射度的夾角，所以陽光直射區域在南北緯區域在南北緯 23.523.5 度之間。度之間。

四季變化四季變化

陽光直射與斜射導致地表每單位面陽光直射與斜射導致地表每單位面積所接受的熱量有所差異 積所接受的熱量有所差異 截面積 1cm 且能量相同的陽光，

因入射角度不同，照射至地表時的面積也不同，斜射至地表的面積比直射時大，所以每單位面積所受到太陽的能量比直射時少，也因此陽光斜射時的地表溫度較低。

春分到夏至之間晝長夜短D↗ ， N↘ D > N

春分春分太陽直射赤道太陽直射赤道 ,, 日夜等長日夜等長1.1. 北極點變成白天北極點變成白天 南極點變成黑夜南極點變成黑夜2.2. 隨日子增加隨日子增加 陽光直射區域移向北方 陽光直射區域移向北方

夏至 : 太陽直射北回歸線1.北半球晝最長 ,夜最短2.隨日子增加 陽光直射區域移向南方北極圈永晝 南極圈永夜夏至到秋分之間

晝長夜短D↘, N↗, D > N

秋分太陽直射赤道 , 日夜等長1.北極點變成黑夜 南極點變成白天2.隨日子增加 陽光直射區域移向南方

秋分到冬至之間晝短夜長D↘， N↗,D < N

冬至冬至 :: 太陽直射南回歸線太陽直射南回歸線1.1. 北半球晝最短北半球晝最短 ,, 夜最長夜最長2.2. 隨日子增加隨日子增加 陽光直射區域移向北方 陽光直射區域移向北方北極圈永夜 南極圈永晝北極圈永夜 南極圈永晝

冬至到春分之間冬至到春分之間晝短夜長晝短夜長DD↗↗ ，， NN↘↘D < ND < N

北半球夏至時，太陽光直射北回歸線（北緯 23.5 度），此時北半球是炎熱的夏季；冬至時，太陽光 直射南回歸線（南緯 23.5 度），但斜射北半球，因此北 半球是寒冷的冬季；春分、秋分時，太陽光則直接照射赤道，此時北半球是氣溫較為舒適的春季和秋季。

平均來說，赤道地區所接受的太平均來說，赤道地區所接受的太陽能量最多，而隨著緯度增加，陽能量最多，而隨著緯度增加，地表所接受的能量漸少。能量地表所接受的能量漸少。能量分布不均致使水及大氣產生循分布不均致使水及大氣產生循環、流動，藉由大氣與海洋的環、流動，藉由大氣與海洋的作用能調節地球能量，使赤道作用能調節地球能量，使赤道不會越來越熱、南北兩 極不不會越來越熱、南北兩 極不會越來越冷會越來越冷

知識快遞 知識快遞 在低緯度附近海域，表面海水受在低緯度附近海域，表面海水受陽光輻射的熱量超過海面消散到陽光輻射的熱量超過海面消散到大氣的熱量，而在高緯度海域則大氣的熱量，而在高緯度海域則散熱比受熱多。藉由洋流的輸送，散熱比受熱多。藉由洋流的輸送，可交換低緯度海域與高緯度海域可交換低緯度海域與高緯度海域的熱量，所以洋流循環可以調 的熱量，所以洋流循環可以調 節地球各地的溫度，讓全球海洋節地球各地的溫度，讓全球海洋的熱量得以維持恆定。的熱量得以維持恆定。

四季晝夜四季晝夜地球繞著太陽公轉與地球自轉軸傾斜地球繞著太陽公轉與地球自轉軸傾斜的效應，除了造成春夏秋冬的季節的效應，除了造成春夏秋冬的季節變化，也使得不同季節，晝夜時間變化，也使得不同季節，晝夜時間的長短不一。夏季時，天亮的時間的長短不一。夏季時，天亮的時間比較早，天黑的時間比較晚，有晝比較早，天黑的時間比較晚，有晝長夜短的現象（圖長夜短的現象（圖 3-133-13 ）；）；

冬季時，天亮的時間比較晚，冬季時，天亮的時間比較晚，天黑的時間比較早，天黑的時間比較早，有晝短夜長的現象（圖有晝短夜長的現象（圖 3-143-14 ）；）；春、秋兩季時，春、秋兩季時，陽光直射赤道附近，陽光直射赤道附近，使晝夜長短的差異較小。使晝夜長短的差異較小。

四四季季晝晝夜夜

AB 與 BC 分別代表北回歸線通過地區日、夜時間長度，北半球夏季時 AB＞BC ，晝長夜短，且北極附近地區永晝

DE與 EF分別代表北回歸線通過地區日、夜時間長度，北半球冬季時 DE ＜ EF，晝短夜長，且北極附近地區永夜

地球的晝夜長短與四季氣候都與地球的晝夜長短與四季氣候都與地球的自轉軸傾斜地球的自轉軸傾斜 23.523.5 度有度有關。想想看，若地球自轉軸垂關。想想看，若地球自轉軸垂直於地球公轉的軌道面（傾 直於地球公轉的軌道面（傾 斜斜 00 度），則地球的晝夜長短度），則地球的晝夜長短與四季氣候會如何變化？與四季氣候會如何變化？

動腦時間動腦時間

1.1. 日夜等長日夜等長，，皆約皆約 1212 小時小時2.2. 赤道永夏赤道永夏，，兩極永冬兩極永冬3.3. 隨緯度增加，氣溫下降隨緯度增加，氣溫下降4.4. 沒有四季變化沒有四季變化

動腦時間動腦時間

問題問題 :: 地球自轉軸傾斜地球自轉軸傾斜 9090°° (( 與與與黃道面重合與黃道面重合 ),), 晝夜長短變化晝夜長短變化 ??若北極永遠指向太陽若北極永遠指向太陽北半球永晝，北極最熱北半球永晝，北極最熱越往赤道，氣溫越低。越往赤道，氣溫越低。赤道以南，永夜且永冬赤道以南，永夜且永冬

例題例題

模擬地球公轉、自轉與日照 模擬地球公轉、自轉與日照

以手電筒當太陽，並將牙籤插入保麗龍球當作地球，模擬地球的公轉與自轉

示範實驗示範實驗節節氣氣

陽光照射陽光照射處處

晝夜晝夜長短長短

極區極區

夏夏至至

直射北緯直射北緯23.523.5 度度

晝長晝長夜短夜短

北極永晝、北極永晝、南極永夜南極永夜

冬冬至至

直射南緯直射南緯23.523.5 度度

晝短晝短夜長夜長

北極永夜、北極永夜、南極永晝南極永晝

天體運動天體運動

赤道觀赤道觀測者測者 春秋分 夏

至冬至

北回歸線北回歸線觀察者觀察者

春秋分

23.5°23.5°

43°

夏至

冬至

南回歸線南回歸線觀者觀者 3/21

9/236/22

12/22

北極圈上北極圈上觀察者觀察者

3/219/23

6/22

南極圈上南極圈上觀察者觀察者

3/219/23

12/22

太陽視運動太陽視運動 ------ 基本基本 44條線條線

太陽視運動太陽視運動 ------ 北回歸線北回歸線

太陽視運動太陽視運動 ------ 赤道赤道

太陽視運動太陽視運動 ------ 南回歸線南回歸線

太陽視運動太陽視運動 ------ 北極圈北極圈

太陽視運動太陽視運動 ------ 南極圈南極圈

太陽視運動太陽視運動 ------ 北極北極

太陽視運動太陽視運動 ------ 南極南極

太陽方位的變化 太陽方位的變化 1. 若附件中的 3張竿影軌跡圖分別代表臺灣地區春分、夏至及冬至的竿影軌跡， 你要如何判斷出哪一張是春分、夏至或冬至？

2.一年有春夏秋冬四個季節，但為何本活動中僅提供 3張竿影軌跡圖？

3.如下圖，「天頂角」是指由觀測者的天頂至目標物之間所成的夾角，試說明仰 角與天頂角之間的角度關係。

1. 若此為日出的圖片，東西南北方各在何處？2.月份呢 ?

夏至夏至正午：太陽仰角正午：太陽仰角 90°90°。。春秋分春秋分正午：太陽仰角：正午：太陽仰角： 90-23.5°=66.5°90-23.5°=66.5°冬至冬至正午：太陽：正午：太陽： 90-23.5°-23.5°=43°90-23.5°-23.5°=43°

在在北回歸線觀測到一整年北回歸線觀測到一整年太陽的軌跡變化 太陽的軌跡變化 講義講義 P60P60

春分、秋分：春分、秋分：正東昇起， 正西落下正東昇起， 正西落下正午在天頂偏南正午在天頂偏南 23.523.5 度度

夏至：東偏北昇起， 夏至：東偏北昇起， 西偏北落下 西偏北落下 正午在天頂 正午在天頂 (( 人的正上方人的正上方 ))

在在北回歸線觀測到一整年北回歸線觀測到一整年太陽的軌跡變化 太陽的軌跡變化 講義講義 P60P60

冬至：東偏南昇起， 冬至：東偏南昇起， 西偏南落下 西偏南落下 正午在天頂偏南 正午在天頂偏南 4747 度度 (( 與地面夾與地面夾 4343 度度 ))

在在北回歸線觀測到一整年北回歸線觀測到一整年太陽的軌跡變化 太陽的軌跡變化 講義講義 P60P60

在在南回歸線觀測到一整年南回歸線觀測到一整年太陽的軌跡變化太陽的軌跡變化

春分、秋分：春分、秋分：正東昇起， 正西落下正東昇起， 正西落下正午在天頂偏北正午在天頂偏北 23.523.5 度度

夏至：東偏北昇起， 夏至：東偏北昇起， 西偏北落下 西偏北落下 正午在天頂偏北 正午在天頂偏北 4747度度 (( 與地面夾與地面夾 4343度度 ))

在在南回歸線觀測到一整年南回歸線觀測到一整年太陽的軌跡變化太陽的軌跡變化

冬至：東偏南昇起， 冬至：東偏南昇起， 西偏南落下 西偏南落下 正午在天頂 正午在天頂 (( 人的正上方人的正上方 ))

在在南回歸線觀測到一整年南回歸線觀測到一整年太陽的軌跡變化太陽的軌跡變化

在在赤道赤道觀測到一整年觀測到一整年太陽的軌跡變化太陽的軌跡變化

春分、秋分：正東昇起，正西落下春分、秋分：正東昇起，正西落下 正午在天頂 正午在天頂，， (( 人的正上方人的正上方 ))

夏至：東偏北昇起，西偏北落下夏至：東偏北昇起，西偏北落下 正午在天頂偏北 正午在天頂偏北 23.523.5 度度

冬至：東偏南昇起，西偏南落下冬至：東偏南昇起，西偏南落下 正午在天頂偏南 正午在天頂偏南 23.523.5 度度

在在北極觀測到一整年北極觀測到一整年太陽的軌跡變化太陽的軌跡變化

在在南極觀測到一整年南極觀測到一整年太陽的軌跡變化太陽的軌跡變化

世界各地都有春夏秋冬嗎世界各地都有春夏秋冬嗎1.1. 緯度愈高緯度愈高，，季節變化愈明顯季節變化愈明顯2.2. 兩極終年低溫兩極終年低溫，， 季節變化不明顯 季節變化不明顯

3.3. 赤道地區終年日夜等長赤道地區終年日夜等長，， 季節變化不明顯 季節變化不明顯

THE ENDTHE END回家作業回家作業P35-43P35-43