如果你居住在地球北半球的中緯度地區——而且你很可能住在那裡——你可能已經注意到，在過去的幾周裡，白天越來越短，夜晚越來越長。這個過程從六月夏至開始，在九月秋分期間速度最快，並在12月21日美國東部標準時間晚上10:27（12月22日格林威治標準時間凌晨3:27）達到頂峰。
那時，太陽位於天空中的最南端，或者，如果我們從更宇宙的角度來看，地球的北軸傾斜到了一年中離太陽最遠的點。我們將那一刻稱為冬至，許多人認為這是冬季的開始。
（請注意，在同一時刻，地球的南軸傾斜得最靠近太陽，因此對於居住在赤道以南的人們來說，季節是相反的，昨天可以被認為是夏季的第一天。生活在一個圍繞恆星飛速運轉的球體上可能很複雜，對其他人的觀點保持開放態度是有益的。但無論如何，地球的軸向傾斜是季節的原因。）
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在北半球，我們能感受到這帶來的兩個主要影響。一是太陽在天空中的路徑是一年中最矮的。太陽在天空中升起的高度不夠高，因此陽光不能有效地加熱地面，我們這半個地球變得更冷。二是太陽在地平線以上的時間——白天的長度——最短，因此太陽溫暖我們的時間也更少。這也冷卻了我們的半球，因此有了冬天。
你可能會認為，如果冬至是最短的一天，那麼 12 月 21 日應該有最晚的日出和最早的日落。但是——正如現實世界中總是如此——事情比這更復雜。
如果你檢視一下例如華盛頓特區的日出和日落時間表，你會發現冬至前後最晚的日出不是在 12 月 21 日，而實際上是在 2024 年 1 月 5 日（上午 7:27），而最早的日落已經在兩週前的 12 月 7 日（下午 4:45）發生了！這真是令人驚訝。
是什麼擾亂了地球的計時？罪魁禍首是它的軌道——或者更準確地說，是它軌道的形狀。它不是一個圓形，而是一個橢圓形——也就是橢圓。
直到 17 世紀初，人們才認識到我們星球的軌道不是圓形的。在那世紀開始前大約 60 年，尼古拉斯·哥白尼已經推斷出太陽而不是地球是太陽系的中心，所有行星都圍繞太陽執行。然而，他仍然假設這些軌道是圓形的。因此，雖然從概念上講，他的日心模型比地心模型更好，但它仍然不能準確預測行星的位置。是約翰內斯·開普勒，利用他的導師第谷·布拉赫精心整理的觀測結果，意識到這些軌道實際上是橢圓——這一突破性的見解最終使天文學家能夠準確預測行星的位置，並更好地瞭解我們當地的宇宙鄰域。
地球的軌道確實是橢圓形的，但仍然非常接近圓形。我們星球在一年中離太陽最近和最遠的點之間的距離約為五百萬公里，僅佔其平均 1.5 億公里的 3% 左右。開普勒理解的是，這種細微的差異意味著地球在太空中的速度也會發生變化。當它最靠近太陽（稱為近日點）時，它移動得最快，而當它離太陽最遠（遠日點）時，它移動得最慢。
碰巧的是，在歷史上的這一刻，近日點是在一月初，離十二月冬至後不久。因此，現在地球繞太陽執行的速度略快於平均水平，這就是擾亂我們日出和日落的原因。
從我們地面觀察者的角度來看，太陽繞天空一週並回到同一位置所需的時間稱為太陽日。如果地球固定在太空中但仍然允許自轉，太陽每 23 小時 56 分鐘就會升起、落下，然後再升起一次。
但地球當然不是固定的，而是圍繞太陽執行，大約需要 365 天才能完成。這意味著我們的星球每天移動大約一度（因為一個圓有 360 度）。這改變了太陽日的長度，因為地球每天都必須額外自轉一度，才能使太陽回到前一天在天空中的同一位置。這每天的持續時間增加了大約 1⁄360 天——大約四分鐘——使長度達到我們熟悉的 24 小時。
但這只是平均而言。在每年的這個時候，當地球接近近日點並以更快的速度繞太陽執行時，我們的星球必須稍微多自轉一點才能趕上我們的恆星，使白天稍微長一點——大約 30 秒左右。太陽需要更多的時間才能看似繞天空一週，因此這意味著太陽正午——當太陽在天空中正南時——根據保持平均時間的假想時鐘，會稍微晚一點。日出和日落以正午為中心對稱分佈，這意味著它們也都會在一天中更晚發生。
反過來，這意味著冬至的日落時間比前一天晚。所以我們已經經歷了最早的日落。那是在 12 月 7 日。相反，這也意味著日出發生的時間比前一天晚一點，並且將持續到近日點附近；最晚的日出要到 1 月 5 日。
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我知道，我知道。這仍然令人困惑和奇怪。但這引出了一個重點，我一直強調的一點：宇宙沒有義務是簡單的。在許多方面，它似乎是簡單的，但當你開始深入挖掘時，各種複雜情況就會出現。我們可能希望日常體驗（如時間的流逝）是簡單的，但自然有其他的計劃。
一旦你真正瞭解了天體執行的機制，你就能真正看到它的美麗以及它如何深刻地影響我們生活中的一切。