极夜

极夜（polar night），是出现在极圈范围内的一种“太阳终日不升起”的现象，又称“永夜”。极夜只出现在地球南、北极圈以内地区。^[1][2]

极夜的形成，是由于地球在沿椭圆形轨道绕太阳公转时，还绕着自身的倾斜地轴旋转而造成的。昼夜交替出现的时间是随着纬度的升高而改变的，纬度越高，极昼和极夜的时间就越长。^[1][3]

一日之内，太阳都在地平线以下的现象，即夜长24小时。一年内连续6个月是白天(极昼)，6个月是黑夜(极夜)。从极圈到极点这些地方，极昼和极夜的时间并不一样，最长6个月，最短仅有1天。极圈到极点之间，越靠近极点，极昼和极夜的时间长度越接近6个月;越靠近极圈，极昼和极夜的时间长度越接近24小时。^[1][4][3]

昼夜交替出现的时间是随着纬度的升高而改变的，纬度越高，极昼和极夜的时间就越长。在南纬90°，即南极点上，昼夜交替的时间各为半年，也就是说，那里白天黑夜交替的时间是整整一年，一年中有半年是连续白天，半年是连续黑夜，那里的一天相当于其他大陆的一年。如果离开南极点，纬度越低，不再是半年白天或半年黑夜，极昼和极夜的时间会逐渐缩短。到了南纬80°，也有极昼和极夜以外的时候才出现1天24小时内的昼夜更替。如果处于极昼的末期，起初每天黑夜的时间很短暂，之后黑夜的时间越来越长，直至最后全是黑夜，极夜也就开始了。而在南极圈（南纬66°34’），一年当中仅有一个整天（24小时）全是白天和一个整天全是黑夜。极昼和极夜的这种自然现象在地球的另一极北极也同样出现，不过它出现的时间同南极正好相反，北极若处在极昼，则南极为极夜，反之亦然。^[2][5]

极昼与极夜的形成，是由于地球在沿椭圆形轨道绕太阳公转时，还绕着自身的倾斜地轴旋转而造成的。原来，地球在自转时，地轴与其垂线形成一个约23.5°的倾斜角，因而地球在公转时便出现有6个月时间两极之中总有一极朝着太阳，全是白天；另一个极背向太阳，全是黑夜。南、北极这种神奇的自然现象是其他大洲所没有的。^[1]

所谓极昼，就是太阳永不落，天空总是亮的，这种现象也叫白夜；所谓极夜，就是与极昼相反，太阳总不出来，天空总是黑的，故而称为极夜。^[2]

太阳直射于北半球时，极昼出现在北极地区；而极夜则出现在南极地区。太阳直射在南半球时则反之。极昼的范围与太阳直射点纬度有关，极点与极圈的纬度差就是太阳直射点的纬度。^[6][7]

春分过后，南极附近就会出现极夜，此后极夜范围越来越大；夏至日达到最大，边界到达南极圈；夏至日过后，南极附近极夜范围逐渐缩小，至秋分日缩至0；秋分过后，北极附近出现极夜，此后北极附近的极夜范围越来越大；冬至日达到最大，边界到达北极圈；冬至日过后，北极附近极夜范围逐渐缩小，至春分日缩至0。^[6]

如此周而复始，其周期为一个回归年。^[8]

地球上昼夜长短主要是由太阳赤纬和地方纬度决定的。其中，D为昼长，δ0为太阳赤纬，ψ为地理纬度（北半球ψ取正值，南半球ψ取负值）。北极从春分日（3月21日）起，极昼开始;从秋分日（9月23日）起，极夜开始。可推算出北极全年极昼天数是186天，极夜天数是179天。除了太阳赤纬和地方纬度，昼夜长短还受太阳视半径、大气折射作用等的影响。前面的公式是将太阳看成质点来处理的，但太阳的视圆面很大，平均视半径约16′，计算昼夜长短应将它考虑在内。大气折射的影响主要是光线穿过地球大气时发生连续折射现象，当太阳在地平面以下35′时，我们已经看到它在地平面以上了，因而延长了白昼时间。^[3]

故计算公式为：D=2/15arc cos（-tgδ0·tgψ-Sin51′/cosδ0·cosψ）。^[9]

由于存在着极昼和极夜，在漫长的白天，动物们必须积累足够的能量，从而不停地进食，并且还要高效率的养育后代，这样当永夜来临时，除部分迁徙到南方去的动物外，那些留下来的动物便可以度过最为艰难的时期。在南极洲，企鹅也必须忍受漫长的极夜。这种鸟类在面对南极冬天的严酷时表现得非常勇敢，令人敬佩。这一时期，雄性企鹅会花上超过100天时间孵卵。^[10][11]

极夜生态系统及其周围地区的环境条件虽然很极端，但也非常脆弱。北极变暖的速度比世界其他地方都快。这意味着未来北冰洋上的浮冰会更少，光线能在冬天到达更深的海水。研究指出，这可能会对海洋生物在黑暗中的活动带来负面影响。^[10]

对人类来说，打乱昼夜节律会影响我们的新陈代谢，随着时间推移还会增加患上癌症和心脏疾病的风险。^[10]