由于地球由西向東進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從地球上看太陽是從東方升起、在西方落下，在升落的過程中太陽距離地面的高度也是時(shí)刻發(fā)生變化的。這種變化過程就是太陽周日視運(yùn)動(dòng)。因?yàn)辄S赤交角的存在，太陽直射點(diǎn)在回歸線之間進(jìn)行有規(guī)律地移動(dòng)，所以地球上的某地一年中太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡也產(chǎn)生了變化，影響了太陽的升落方位和上中天時(shí)太陽在天空中的方位。

天球是一個(gè)想象的旋轉(zhuǎn)的球體，理論上具有無限大的半徑，與地球（或選定點(diǎn)）同心。我們看到的天體都是天體在這個(gè)巨大球面上的投影位置，也就是用天體在天空中的視位置當(dāng)作天體的真實(shí)位置。如圖1所示，地球的自轉(zhuǎn)軸無限延長(zhǎng)，同天球球面相交于兩點(diǎn)，分別叫做天北極和天南極。地球赤道平面無限擴(kuò)大，同天球相交的大圓，叫做天赤道。地球在自轉(zhuǎn)的同時(shí)，還繞太陽公轉(zhuǎn)。但從地球上看，倒是像太陽在繞地球運(yùn)動(dòng)。地球上過去一年，太陽也就沿著黃道運(yùn)行了一周，這叫做太陽的周年視運(yùn)動(dòng)。在天球坐標(biāo)系中，天赤道和黃道相交于兩點(diǎn)分別表示為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。春分時(shí)，太陽直射赤道；夏至?xí)r，太陽直射北回歸線；秋分時(shí)，太陽直射赤道；冬至?xí)r，太陽直射南回歸線。

在太陽的周年視運(yùn)動(dòng)過程中，時(shí)刻伴隨著由于自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的周日視運(yùn)動(dòng)。夏至日這一天太陽的周日視運(yùn)動(dòng)如圖2所示，以觀測(cè)者為中心，太陽周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡與地軸垂直。春、秋分日時(shí)，該軌跡與天赤道平面重合。由此推斷，在一年內(nèi)，太陽周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡都是與天赤道平行的平面。北半球夏半年，太陽位于春分點(diǎn)——夏至點(diǎn)——秋分點(diǎn)之間，北半球冬半年的情況可以依此推斷（如圖1）。

對(duì)于地球上的我們來說能夠直接觀測(cè)到的天球是位于地平之上的半個(gè)球形的天空——“天穹”。因此，要想確定太陽周日視運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，首先就得弄清楚天赤道、地平圈之間的關(guān)系；其次就是確定地平圈上的東、南、西、北四個(gè)方位。如圖3所示，圓球面表示天球，P點(diǎn)代表地球上的觀測(cè)者，它處于天球的中心。若將觀測(cè)者P所在的地平面向外擴(kuò)展與天球相交，于是構(gòu)成了天球上一個(gè)基圈，稱為地平圈。與地平圈相垂直，從觀測(cè)者頭頂向上延伸交天球上的一點(diǎn)X，稱為天頂；而從觀測(cè)者腳底向下延伸交天球上的另一點(diǎn)Y，稱為天底。當(dāng)某地正午太陽高度角為90°時(shí)，太陽剛好位于當(dāng)?shù)靥祉敗?/p>

在圖3中，地平圈上方向的確定方法是：可通過太陽的升落先判斷東西方向，再利用“上北下南、左西右東”的方法確定南北方向。下面我們通過天赤道、黃道、地平圈、太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡之間的關(guān)系來確定太陽的升落方位。如圖4所示，對(duì)于不在赤道上且不在極晝、極夜范圍內(nèi)的P點(diǎn)，夏至日太陽周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖中“太陽運(yùn)動(dòng)軌跡”所示。當(dāng)P點(diǎn)位于北半球時(shí)，位于P點(diǎn)的觀測(cè)者能觀測(cè)到的視運(yùn)動(dòng)軌跡是地平圈以上天球部分的太陽運(yùn)動(dòng)情況，即曲線R→H→L?？梢钥吹剑罕卑肭蛳闹寥?，該地太陽從東北方升起、在西北方落下；太陽在H位置時(shí)上中天，位于P點(diǎn)地平面正南方向的天空。當(dāng)P點(diǎn)位于南半球同緯度時(shí)，圖4中該地地平面上東西方向?qū)Q，而南北方向不變，“天穹”與北半球相反。此時(shí)，位于P點(diǎn)的觀察者能觀測(cè)到的視運(yùn)動(dòng)軌跡仍舊是地平圈以上天球部分的太陽運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)應(yīng)為圖中曲線L→h→R?？梢钥吹剑罕卑肭蛳闹寥?，該地太陽仍舊從東北方升起、在西北方落下；太陽在h位置時(shí)上中天，位于P點(diǎn)地平面正北方向的天空。下面我們?cè)賮矸治龀嗟赖貐^(qū)太陽周日視運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

由于赤道地區(qū)的地平面和赤道相互垂直，所以在天球圖中赤道處的地平圈與天赤道和太陽周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡也相互垂直，如圖5所示，當(dāng)北半球夏至日時(shí)，在赤道上太陽從東北方升起、在西北方落下。由圖4和圖5可知，北半球夏至日時(shí)，全球除了出現(xiàn)極晝、極夜區(qū)域之外太陽都是從東北方升起、在西北方落下。

由于黃赤交角的存在，太陽直射點(diǎn)不斷發(fā)生變化，使得周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡在夏至日運(yùn)動(dòng)軌跡和冬至日運(yùn)動(dòng)軌跡之間不斷變化。所以當(dāng)北半球?yàn)橄陌肽陼r(shí)，太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡都在天赤道以北，全球除了出現(xiàn)極晝、極夜區(qū)域之外太陽都從東北方升起、西北方落下，并且隨著緯度增加，東偏北或西偏北的角度也在增加。在出現(xiàn)極晝的地區(qū)，太陽從正北方升起，經(jīng)過正南方天空再到正北結(jié)束一天的視運(yùn)動(dòng)，太陽一整天都位于地平之上。下面我們通過簡(jiǎn)圖來歸納這些變化規(guī)律。圖6為太陽直射北半球時(shí)，全球各地太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡圖。規(guī)律總結(jié)如下：

1.赤道上太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6曲線L1，東北方日出、西北方日落，正午時(shí)太陽位于正北方。

2.直射點(diǎn)與極晝?nèi)χg太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6曲線L3，東北方日出、西北方日落，正午時(shí)太陽位于正南方。

3.直射點(diǎn)與極夜圈之間太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6曲線L2，東北方日出、西北方日落，正午時(shí)太陽位于正北方。

4.極晝?nèi)ι咸栔苋找曔\(yùn)動(dòng)軌跡如圖6曲線L5，正北方日出、正北方日落，正南方太陽高度最大。

5.極晝?nèi)εc極點(diǎn)之間太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6曲線L4，正北方日出、正北方日落，太陽始終懸于地平之上。

6.因?yàn)闃O點(diǎn)的地平圈和天赤道平行，所以極點(diǎn)的太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡始終位于當(dāng)?shù)氐仄矫嬉陨辖葡嗤叨鹊奶炜眨瑤缀鯖]有起落的變化，如圖6直線H4。 [G]