你看到的日出日落，是个“假太阳”
为何在日出前、日落后，我们仍能看到太阳？
准确而言，在这些时刻我们其实是看不到太阳的。毕竟，日出的定义就是太阳出现在地平线上的那一刻，从这个角度而言，你不可能在太阳出现前看见它。
不过，我们的确可以在日出前、日落后看到“几何学上的”低于地平线的太阳。这是阳光在地球大气层中折射时产生的现象——地球的大气令太阳光的光路发生了偏折，于是我们看到的太阳和它实际所在的位置略有不同。
这种效应的强弱程度跟随纬度的变化而变化，并且最明显的地方在赤道——如果地球没有大气层，赤道上的日出要比现在早2min左右，相应的日落时刻也会比现在晚2min。接下来将进一步探讨这一效应。
什么是光的折射？
你知道吗？你其实可以提前几分钟看到太阳升起，也可以延迟几分钟看到太阳下山。这一切都来源于光的折射。
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神奇的大气层
作为大自然母亲最喜爱的魔术——折射，它能够令光线在传播（从一种介质射入另一种介质）的过程中发生弯曲。这一效应导致了许许多多的光学现象，例如彩虹、海市蜃楼、光环、幻日等等。它还能让星星在夜晚闪烁、让你的钻戒闪闪发光、让插入水中的稻草或铅笔弯折、甚至让你看到实际位置低于地平线的太阳。
▲大气折射现象之太阳，图：timeanddate.com
光线的弯曲程度取决于光的波长、传播介质的密度、以及光线穿过界面时的入射角。当光线从光疏介质射向光密介质时（比如从空气射入水中，或是从稀薄的大气层射向更稠密的大气层），它的光路会向法线（一条垂直于两种介质表面的假想线）的方向偏折。如果光线是从光密介质射向光疏介质，则光路会向远离法线的方向偏折。法线与折射光之间的夹角称为折射角。
当光线垂直于介质交界面入射时，它将沿直线穿过界面，而不发生偏折。
地球大气层的密度是不均匀的——随着海拔的增加，大气密度逐渐降低。因此，包括太阳在内的一切宇宙中的光源发出的光线在进入大气层的过程中都会发生多次折射。
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天文折射现象
当太空中的光源发出的光线入射到地球大气层中时，光路的偏折现象被称作天文折射或大气折射。这是为了与地球上的物体的光源产生的地面折射形成对比。
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日、月、星的偏移
虽然垂直于界面入射的光线不会发生偏折，但以小角度射入地球大气层的光线将会不断向法线方向偏折，偏折程度与地表曲率大致相当。
也就是说，只有位于你头顶正上方的天体的位置和你所看到的像重合，而对于那些更靠近地平线的天体，看起来要比实际的位置要高。
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日出与日落时的折射现象
▲在这张图中，太阳的实际几何位置已经落到了地平线以下。但即使太阳在地平线以下，大气折射也能让你看到它。图：bigstockphoto.com
对于贴近地平线的物体（如初升或刚落的太阳）而言，这一现象尤为明显，因为这时光线是以极小的入射角射入大气层的。在折射的影响下，我们能够在清晨太阳真正升起前和傍晚日落之后几分钟看到它。
折射效应带来的最显著的影响之一便是，昼夜时长并不是严格相等、各占12小时的，这颠覆了许多人的想象。由于太阳光的折射，春分日和秋分日的白昼都要比黑夜略长几分钟。
大气折射同样影响着我们在月升月落前后实际看到月亮的时间。
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温度与气压对折射的影响
大气折射的程度同样收到气温与气压的影响：气压越高、气温越低，折射角就越大。因此，倘若你在寒冷的高气压地区观赏日落，你需要比位于标准温压地区的观察者多等几秒钟才能看到太阳的上边缘完全消失在地平线以下。
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考虑大气折射后的日出日落计算器
我们的太阳计算器，能够在考虑折射现象的前提下给出您所在地的日出日落时刻表。我们的程序是基于101.325千帕（kpa）的标准大气压和15℃/59℉温度下的数据计算大气折射，因此当实际温度和气压严重偏离标准值时，我们给出的时刻表可能与实际的日出日落时间存在几秒钟的误差。
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翻译：天文志愿文章组-血雨长鞭
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.timeanddate.com/astronomy/refraction.html
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1. 原文来自：https://www.timeanddate.com/astronomy/refraction.html
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