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winform 绘制太阳，地球，月球运作规律

花匠小妙招
2025-03-11 22:04

无图言吊（动图）

缘由

　　最近我太太在考公学习，给我出了两道高中地理知识的题目，把我问的一头雾水，题目是这样的　　

　　第一题

　　第二题

看到这两道题，当时大脑飞速运转，差点整个身体都在自转了，所以产生了个偷懒的方法，用程序代替冥想，所以就有了这个小玩意的诞生.

Linux 的创始人 Linus Torvalds 在 2000-08-25 给linux-kernel 邮件列表的一封邮件提到的：

1. 创建基本类

首先，我们创建一些基本的类来表示天体（如太阳、地球和月球）以及它们的运动。

public class CelestialBody

{

public string Name { get; set; }

public int Radius { get; set; }

public Color Color { get; set; }

public double DistanceFromSun { get; set; }

public double OrbitalPeriod { get; set; }

public double RotationPeriod { get; set; }

public double CurrentAngle { get; set; }

public CelestialBody(string name, int radius, Color color, double distanceFromSun, double orbitalPeriod, double rotationPeriod)

{

Name = name;

Radius = radius;

Color = color;

DistanceFromSun = distanceFromSun;

OrbitalPeriod = orbitalPeriod;

RotationPeriod = rotationPeriod;

CurrentAngle = 0;

}

public void UpdatePosition(double timeStep)

{

double angularVelocity = 2 * Math.PI / OrbitalPeriod;

CurrentAngle += angularVelocity * timeStep;

CurrentAngle %= 2 * Math.PI;

}

public (double X, double Y) GetPosition()

{

double x = DistanceFromSun * Math.Cos(CurrentAngle);

double y = DistanceFromSun * Math.Sin(CurrentAngle);

return (x, y);

}

2. 创建太阳、地球和月球

接下来，我们创建太阳、地球和月球的实例，并设置它们的属性。

sun = new CelestialBody("Sun", 50, Color.Yellow, 0, 0, 0);

earth = new CelestialBody("Earth", 10, Color.Blue, 150, 365.25, 1);

moon = new CelestialBody("Moon", 5, Color.Gray, 30, 27.32, 27.32);

　并且初始化一个定时器，用于刷新三个球体的运行状态

private void Timer_Tick(object sender, EventArgs e)

{

earth.UpdatePosition(0.1);

moon.UpdatePosition(0.1);

this.Invalidate();

}　　

　开始绘制太阳，地球和月亮

graphics = e.Graphics;

graphics.Clear(Color.Black);

DrawCelestialBody(sun, 400, 400);

var earthPosition = earth.GetPosition();

DrawCelestialBody(earth, 400 + (int)earthPosition.X, 400 + (int)earthPosition.Y);

var moonPosition = moon.GetPosition();

DrawCelestialBody(moon, 400 + (int)earthPosition.X + (int)moonPosition.X, 400 + (int)earthPosition.Y + (int)moonPosition.Y);

3. 运行模拟

运行上述代码，你将看到地球和月球的位置变化。这个模拟是一个非常简化的模型，假设地球和月球的轨道是完美的圆形，并且忽略了其他天体的引力影响。

看上去有点丑，我们添加写素材，去掉已知的轨迹边框，并且找些素材美化他们

并且标识出赤道和经线，以及南北半球

graphics.DrawLine(Pens.Red, x - radius, y, x + radius, y);

graphics.DrawLine(Pens.Yellow, x, y - radius, x, y + radius);

graphics.FillEllipse(Brushes.White, x - 3, y - radius - 3, 6, 6);

graphics.FillEllipse(Brushes.Green, x - 3, y + radius - 3, 6, 6);

　如上我们绘制一条红线标识赤道，黄线标识经线，白色圆点表示北极，绿色圆点表示南极，这样方便我们根据不同象限，在脑海里面构思具体经纬度

4. 最终效果

加上地球自转的特效

Matrix transform = new Matrix();

transform.RotateAt((float)(body.CurrentRotationAngle * 180 / Math.PI), new PointF(x, y));

graphics.Transform = transform;

if (body.Name == "Earth")

{

graphics.DrawImage(earthTexture, x - body.Radius, y - body.Radius, body.Radius * 2, body.Radius * 2);

}

else

{

graphics.FillEllipse(new SolidBrush(body.Color), x - body.Radius, y - body.Radius, body.Radius * 2, body.Radius * 2);

}

graphics.ResetTransform();

图片素材 https://polyhaven.com/textures

4. 解题思路

四季变化的总结

根本原因：地球自转轴的倾斜（约 23.5 度）。

直接原因：地球在公转过程中，太阳直射点在南北回归线之间移动。

结果：不同时间段，地球表面接收到的太阳辐射量不同，从而导致温度变化和四季交替。

四季变化的原理

由于地球自转轴的倾斜，地球在公转过程中，不同时间段的太阳直射点会发生变化，从而导致四季变化。具体过程如下：

（1）春分和秋分

当地球公转到春分（约 3 月 21 日）和秋分（约 9 月 23 日）时，太阳直射点位于赤道。

此时，全球昼夜几乎等长。

北半球和南半球的季节相反（例如，北半球是春季，南半球是秋季）。

（2）夏至

当地球公转到夏至（约 6 月 21 日）时，太阳直射点位于北回归线（北纬 23.5 度）。

此时，北半球白天最长，夜晚最短，进入夏季；南半球则相反，进入冬季。

（3）冬至

当地球公转到冬至（约 12 月 22 日）时，太阳直射点位于南回归线（南纬 23.5 度）。

此时，北半球白天最短，夜晚最长，进入冬季；南半球则相反，进入夏季。

有了如图展示发现：

第一题，在四大卫星发射中心中，不仅仅文昌卫星发射中心位于低纬度，其他选项ABC都正确，D错误。

第二题，A,D两项都是错误的！：春分(3.21前后)，秋分(9.23前后)太阳直射在赤道上，惊蛰(3.5)在春分之前，因此这一天太阳直射点仍在南半球，切太阳直射点在向北移动。BC两项：惊蛰（3.5）在春分前，此时太阳直射点仍在南半球，南半球昼长夜短，北半球昼短夜长，且北极圈内部分地区存在极夜现象，B错误，所以选C　　