為什麼不同時間看到的太陽/月亮角度不同？

11-29

這幾天霧霾嚴重，都可以不用濾鏡拍到太陽黑子。比如這個是前一天傍晚拍的日落（傍晚7點半）：

這是第二天早上拍的「日出」（早上8點半）：

可以看到太陽明顯逆時針轉了90度。這是什麼原因呢？（相機沒有轉，都是和地平線平行的）我能理解和地球自轉有關，但沒辦法想明白為什麼轉了90度。類似的，超級月亮的時候朋友圈發的月球照片也有明顯的旋轉。

（我是題主）非常感謝各位的答案，很有啟發。跟著各位答主的思路，我定量算出來太陽在這兩個時間中拍出來的照片，在我所在的緯度（北緯47.6度），就應該看上去旋轉了90度（精確的說是83.6度）。拋磚引玉，具體計算細節如下。

首先解釋下為什麼太陽會有圖中觀測到的二維旋轉。我們拍照的時候所謂相機端平，指的是把照片的y軸和當地重力的方向重合。如下圖所示。

但問題在於，這個重力的方向不是一成不變的，隨著地球的自轉，在一個絕對坐標系（以地理北極為z軸的三維坐標系）它是在不斷旋轉的。如下圖所示。

也就是說，我們早上「豎直向上」的方向，和晚上「豎直向上」的方向，對太陽和地球等天體來說已經不是同一個方向了。這是為什麼會有旋轉。但為什麼是90度而不是40度，150度呢？這得用初中數學定量計算一下。具體地說，我們先看一下下面的示意圖：

我所在的地方緯度是47.6度，所以兩個「豎直向上」的方向和赤道的交角是47.6度。兩張照片一個是早上8點半拍的，一個是晚上7點半拍的。所以兩個徑線之間的夾角是165度。而我們最終感興趣的角度是圖中標了紅色的夾角，也就是兩個「豎直向上」在二維上的夾角。為了方面計算，我們給重要的頂點標上字母。我們主要看下面有藍色陰影的三角形ABC和有綠色陰影的三角形OBC。