日行迹在兴华

 

文/ 刘凯铷（高二理忠）报道    摄影/ 蔡伟国（高二理仁）    照片后制/ 陈俊威（高二理孝）

         4月28日下午1时03分，我校远距天文观测小组正式完成了历时一年的日行迹（Analemma）记录，兴华园迎来了美丽的“8”字形日行迹。较早前槟城恒毅国民型中学虽已进行过类似的记录活动，但该校所采用的记录方式，分别为使用加装太阳滤镜的数码相机拍摄空中太阳位置及立竿见影。而我们选择采用的方式则是在空中悬挂中央穿孔的布并记录其在地面上的投影，如此所得的日行迹图形则相对较大。这是全马中学生首次以此种方式记录太阳轨迹的活动，在我国中学可谓代表性的突破。

         参与活动的远距天文观测小组成员有郑育文（高三理忠）、陈惠匀（高二文商礼）、陈俊威（高二理孝）、叶国廷（高二理义）、刘凯铷（高二理忠）、颜孟欣（高二理忠）、罗加竣（高二理忠）、蔡伟国（高二理仁）及苏雪俪（高二理仁）。2016年初，负责指导远距天文观测小组的陈伟伦老师向小组成员提及日行迹的原理与现象，获得同学们踊跃回响，因此决定展开此计划。活动完全由学生自行筹划，并在陈伟伦老师及翁明娇老师协助下完成。
日行迹是指太阳一年内在天球上所经过的一条曲线，这意味观测者于地球上观测太阳在天球子午线上平均位置和实际位置之间的角偏差。由于地球的朔望日接近24小时，我们可以在一年中每日相同的时间标定太阳在天球上的位置，这个图形最终将呈“8”字形。此外，地球的自转轴倾斜角度为23.439°，其公转轨道是椭圆形的，因此造成太阳在地平线上每天同一时间观测的相对位置不同，而且根据观测者所在的地球纬度，日行迹会以不同角度倾斜。例如，在北半球，8字形的日行迹是上小圈、下大圈的，而南半球则相反。在赤道区，8字是平躺的，小圈向北，大圈向南，在北极只会看到上小圈，在南极只会看到上大圈。根据记录，夏至这天太阳将出现在日行迹的最北端，冬至时太阳将降到日行迹的最南端。由于投影测量的关系，呈现在兴华园的日行迹小圈是向南的，而大圈则向北。此外，又因学校位于北纬3°左右，与赤道相距不大，整个8字形可视为正南北方向。


         日行迹南北向的部份是其赤纬，也就是太阳直射的纬度。東西向的部份则是均时差（equation of time），是太阳日（solar day）和地方平时（local mean time）的差值。地球围绕太阳椭圆形公转，每天移动速度并不均等，在近日点时移动较快（约在每年1月3日），在远日点时移动得较慢(约在每年7月4日)。均时差其实就是在一年之中，日晷和钟表时间的差异。日晷可比钟表的时间超前16分33秒（约在11月3日）落后14分6秒（约在2月12日）。这是由于地球自转轴对公转轨道平面的傾斜，以及轨道离心率所造成太阳明显的不规则运动而造成的。均时差的存在可以说明视觉上太阳8字型的日行迹。

         一年内有四个日晷和钟表没有差值的日子（除去受闰年的影响），分别约为A(4/16)、B(6/14)、C(9/2)、D(12/25)。日晷超前钟表最多时在E(2/12)，日晷落后钟表最多是在 F(11/3) 。

         在做好所有知识点的理解与整合、活动时间与地点的策划、道具的准备以及知会老师后，日行迹的记录于2016年3月23日（星期三）正式开始。小组成员们议定每周进行至少三次记录，时间为下午1时03分15秒，于国字型大楼二楼及兴华园进行，为期一年。每一次的观测记录会有至少五人在场：两人负责拉绳、一人负责中
央对齐的指挥、一人负责在兴华园记录、另一人则在二楼拍摄所得的影子位置以进行保存及事后整理工作。所有的道具，包括布条、绳子等皆由学生自行制备，并且轮流管理。为了得到准确的记录并确保记录不会丢失，每一次记录，大家各司其职，确保这项有意义的工作顺利进行。此外，值得一提的是，所使用来进行观测的布料上都附有兴华校徽，格外具有象征意义。

         为期一年的观测完毕后，学生们立即展开后续工作。有者在陈伟伦老师指导下进行观测资料及影像处理工作，有者则将道具美化整理，有者将整理好的背景知识制成海报以Power Point展开讲解。同学们同心协力，又再次高度发挥了团队合作无间的精神。目前，组员们仍在往最后的目标迈进 —— 将日行迹永久标记在兴华园，把太阳的脚步正式镶入兴华。而标记方式仍在进行讨论与研究中，希望搜集多方意见，也希望月报读者能予以建议，帮助参与同学完成历史性的记录。

         这一年以来，小组遇到了许多的问题和阻碍，其中雨天、阴天等天气因素而影响观测一直都是最大的困扰，再加上校内各项活动使用兴华园的次数繁多，因此场地方面也面临挑战。此外，参与的学生也必须献出每星期至少三次二休的时间进行观测，面对挨饿、无暇处理其他事务，偶尔也会发生组员临时无法到场支援等事情，因此组员之间的沟通与谅解便成了最重要的合作体现。所幸在种种困难挑战下，参与计划的同学都能坚持不懈，团结一致共同解决问题，才能拥有如今丰硕的成果。从这项计划中，大家学会了如何将计划从无到有、自主筹划讨论细节，并且付诸行动，更为重要的是，团队合作与默契倍增。

        太阳到兴华园一游，为我校天文教育掀开崭新的一页！

团结、沟通、毅力与责任

陈俊威 (高二理孝)

         经过此次观测活动，知识上不必多说，获益良多，让我感受深刻的是理解到团队的重要性，在队友们的极力配合及相互合作下，活动才能圆满成功。我们团队中有九名成员，每次的观测至少需要四名成员才能顺利进行。我们来自不同领域，需在繁忙的课业外抽出时间进行观测。过程中，沟通及交代非常重要的，无论是无法出席或是会迟到都要提早交代，否则会导致队友们空守一场。

         此外，一整年下来持续不停地观测是相当辛苦的，非常考验毅力。最重要是责任感，选择参加就要负上百分百的责任。当你做到了这点后，相信种种困难都能克服。倘若迷失方向，试想想当初为什么要参加，从中找回动力，付出多少，回报就有多少。最后，非常感谢指导老师 —— 陈伟伦老师及翁明娇老师全力给予我们支持及协助。

精准观测太阳轨迹

颜孟欣 (高二理孝)

         这项太阳轨迹观测耗时一年多，看似很漫长，但我们在团队互相扶持下完成了。这让我体会到坚持就是胜利，尽管过程中遇到许多挫折，但我们不曾放弃。团队9位成员，组员之间意见难免分歧，但大家都会协商解决。此外，精准必不可少，一点操作步骤的小误差，就会造成观测结果的大误差。我也学习了太阳的运转，除了我们在课本上所理解的二维空间，还要考虑三维的世界。如果没有进行这项观测、记录结果和探讨，很难想象太阳一年运转轨迹是8字形的。