Высота солнца над горизонтом: изменение и измерение. Восход солнца в декабре
Жизнь на нашей планете зависит от количества солнечного света и тепла. Страшно представить даже на миг, что было бы, если бы на небе не было такой звезды, как Солнце. Каждая травинка, каждый листочек, каждый цветочек нуждается в тепле и свете, как люди в воздухе.
Угол падения лучей солнца равен высоте солнца над горизонтом
Количество солнечного света и тепла, которое поступает на земную поверхность, прямо пропорционально углу падения лучей. Солнечные лучи могут падать на Землю под углом от 0 до 90 градусов. Угол попадания лучей на землю разный, потому что наша планета имеет форму шара. Чем он больше, тем светлее и теплее.
Таким образом, если луч идёт под углом 0 градусов, он только скользит вдоль поверхности земли, не нагревая её. Такой угол падения бывает на Северном и Южном полюсах, за полярным кругом. Под прямым углом солнечные лучи падают на экватор и на поверхность между Южным и Северным Тропиком.
Если угол попадания солнечных лучей на землю прямой, это говорит о том, что солнце в зените.
Таким образом, угол падения лучей на поверхность земли и высота солнца над горизонтом равны между собой. Зависят они от географической широты. Чем ближе к нулевой широте, тем угол падения лучей ближе к 90 градусам, тем выше находится солнце над горизонтом, тем теплее и светлее.
Как солнце изменяет свою высоту над горизонтом
Высота солнца над горизонтом не является постоянной величиной. Напротив, она всегда изменяется. Причина этого кроется в непрерывном движении планеты Земля вокруг звезды Солнце, а также вращении планеты Земля вокруг собственной оси. В результате день сменяет ночь, а времена года друг друга.
Территория между тропиками получает больше всех тепла и света, здесь день и ночь практически равны друг другу по продолжительности, а солнце находится в зените 2 раза в год.
Поверхность за полярным кругом получает всех меньше тепла и света, здесь существуют такие понятия, как полярные день и ночь, которые длятся около полугода.
Дни осеннего и весеннего равноденствия
Выделены 4 основные астрологические даты, которые определяет высота солнца над горизонтом. 23 сентября и 21 марта – дни осеннего и весеннего равноденствия. Это означает, что высота солнца над горизонтом в сентябре и марте в эти дни 90 градусов.
Южное и Северное полушария освещаются солнцем одинаково, а долгота ночи равна долготе дня. Когда в Северном полушарии наступает астрологическая осень, то в Южном, наоборот, весна. То же самое можно сказать о зиме и лете. Если в Южном полушарии зима, то в Северном – лето.
Дни летнего и зимнего солнцестояния
22 июня и 22 декабря – дни летнего и зимнего солнцестояния. 22 декабря наблюдается самый короткий день и самая длинная ночь в Северном полушарии, а зимнее солнце находится на самой низкой высоте над горизонтом за весь год.
Выше широты 66,5 градуса солнце находится под горизонтом и не восходит. Это явление, когда зимнее солнце не восходит на горизонт, называется полярной ночью. Самая короткая ночь бывает на широте 67 градусов и длится всего 2 суток, а самая длинная бывает на полюсах и длится 6 месяцев!
Декабрь является из всего года тем месяцем, когда в Северном полушарии самые длинные ночи. Люди в Центральной России просыпаются на работу в темноте и возвращаются тоже в темное время суток. Это тяжелый месяц для многих, так как нехватка солнечного света сказывается на физическом и моральном состоянии людей. По этой причине может даже развиться депрессия.
В Москве в 2016 г. восход солнца в декабре 1 числа будет в 08.33. При этом долгота дня составит 7 часов 29 минут. Заход солнца за горизонт будет очень рано, в 16.03. Ночь составит 16 часов 31 минуту. Таким образом, получается, что долгота ночи в 2 раза больше, чем долгота дня!
В этом году день зимнего солнцестояния – 21 декабря. Самый короткий день будет длиться ровно 7 часов. Затем 2 дня продержится такая же ситуация. И уже с 24 декабря день пойдёт на прибыль медленно, но верно.
В среднем в сутки будет прибавляться по одной минуте светлого времени. В конце месяца восход солнца в декабре будет ровно в 9 часов, что на 27 минут позже, чем 1-го декабря
22 июня – день летнего солнцестояния. Всё происходит с точностью до наоборот. За весь год именно в эту дату самый длинный день по продолжительности и самая короткая ночь. Это касаемо Северного полушария.
В Южном всё наоборот. С этим днём связаны интересные природные явления. За Полярным кругом наступает полярный день, солнце не заходит за горизонт на Северном полюсе 6 месяцев. В Санкт-Петербурге в июне начинаются загадочные белые ночи. Длятся они примерно с середины июня в течение двух-трёх недель.
Все эти 4 астрологические даты могут меняться на 1-2 дня, так как солнечный год не всегда совпадает с календарным годом. Также смещения происходят в високосные года.
Высота солнца над горизонтом и климатические условия
Солнце является одним из самых важных климатообразующих факторов. В зависимости от того, как изменялась высота солнца над горизонтом над конкретным участком земной поверхности, меняются климатические условия и времена года.
Например, на Крайнем Севере лучи солнца падают под очень маленьким углом и только лишь скользят вдоль поверхности земли, совсем не нагревая её. Под условием этого фактора климат здесь крайне суровый, присутствует вечная мерзлота, холодные зимы с леденящими ветрами и снегами.
Чем больше высота солнца над горизонтом, тем теплее климат. Например, на экваторе он необычайно жаркий, тропический. Сезонные колебания также в районе экватора практически не чувствуются, в этих районах вечное лето.
Измерение высоты солнца над горизонтом
Как говорится, всё гениальное – просто. Так и здесь. Прибор для измерения высоты солнца над горизонтом элементарно прост. Он представляет собой горизонтальную поверхность с шестом посередине длиной 1 метр. В солнечный день в полдень шест отбрасывает самую короткую тень. С помощью этой кратчайшей тени и проводятся расчёт и измерения. Нужно замерить угол между концом тени и отрезком, соединяющим конец шеста с концом тени. Эта величина угла и будет являться углом нахождения солнца над горизонтом. Этот прибор называется гномоном.
Гномон – это древний астрологический инструмент. Существуют и другие приборы для измерения высоты солнца над горизонтом, такие как секстант, квадрант, астролябия.
Источник
Где восходит солнце и где заходит
Наша планета – часть системы, центром которой является Солнце. Оно находится на одном месте, а другие небесные тела вращаются вокруг него. Неравномерное освещение Земли с разных ракурсов приводит к смене времен года, вращение вокруг оси – к периодам дня, ночи, во время которых чередуется свет, темнота. Встречая и провожая светило по разу в сутки, полагают, что восток – стабильное место появления, запад – место, где каждый вечер прячется за горизонт. Но это не так. В году только 2 дня, когда это правильно: 21 марта и 23 сентября. В дни весеннего и осеннего равноденствия лучи одинаково освещают поверхность от Крайнего Севера до Южного полюса. Все остальное время светило движется с севера на юг. Постараемся разобраться, где Солнце восходит и куда садится, почему восходящие лучи не светят прямо в комнату, как это было раньше, а сдвинулись в сторону.
Что такое восход
Как только не называют период появления верхнего края солнечного диска: рождение, начало нового дня, утренний рассвет. Астрономы считают восходом полное прохождение светила через линию горизонта. Наличие атмосферы влияет на время начала явления, причина – атмосферная рефракция (преломление лучей в слоях атмосферы). За счет этого земной наблюдатель видит восход раньше реального момента, а отдельно взятые территории получают солнечный день дольше:
в экваториальных широтах на 10 мин;
в умеренных до получаса.
К сведению! В полярных областях переход полярной ночи в полярный день длится около 2 суток.
Что такое закат
Опускаясь к западной линии горизонта, солнечный диск утрачивает яркость: сначала становится желтым, потом оранжевым, постепенно переходящий в красные тона. Вместе с ним изменяется окружающий небосвод: от золотистого до кроваво-красного, на синем, иногда зеленоватом фоне.
Любуясь закатом, стоит обратить внимание на прямо противоположную сторону: там возникает тень Земли в виде полосы голубовато-пепельного цвета, а над ней яркий сегмент, называется Пояс Венеры. Если небо не затянуто тучами, то явление наблюдают в любой точке земного шара.
Чем ниже опускается Солнце за горизонт, тем насыщеннее цвета. Когда светило исчезает из видимости, появляются Лучи Будды, сначала интенсивные, потом с каждой минутой слабеют, пока не разливаются полосами красного цвета. С обратной стороны Пояс Венеры рассеивается, на то место восходит Луна, наступает ночь.
Как отличить закат от восхода
Восход, закат свидетельствуют о вращении земли вокруг оси. На первый взгляд, кажется, что восходы и заходы солнца абсолютно одинаковы. Те, кто просыпается рано, имеет возможность сравнить: восходящие лучи более яркие, окружающие цвета приобретают нежные оттенки. Закат характеризуется окрашиванием светила и окружающий диск небосвод в тона красного цвета. Причина вечернего окрашивания – видимость частичек пыли, которые поднимаются вверх в условиях пониженной к вечеру влажности, усиления воздушных потоков.
Виды полушарий, различия между ними
Зеленая планета условно поделена на 4 полушария: Северное, Южное разделяют землю по экватору. Западное и Восточное определяются по Гринвичскому и 180⁰ меридианам. Северное и Южное «отвечают» за времена года. Смена времен года происходит из-за вращения нашей планеты вокруг Солнца и неравномерного освещения. В то время, когда на Северном полушарии зима, на Южном продолжается лето. И наоборот – когда Южное полушарие засыпано снегом – в Северном царит жара.
В Северном полушарии восход и закат Солнца наблюдают в таких направлениях:
Весна
Лето
Осень
Зима
Восход
Северо-восток
Северо-восток
Юго-восток
Юго-восток
Закат
Северо-запад
Северо-запад
Юго-запад
Юго-запад
Чтобы засечь восход строго на востоке, а заход на западе, нужно дождаться весеннего или осеннего равноденствия, 20 марта, или 23 сентября.
Еще 2 особые дня в году, которые важно запомнить: «дни солнцестояния». Это те, в которых небесное светило стоит над Землей или максимально высоко, или максимально низко. Соответствуют 21-22 декабря (зимнее) и 20-21 июня (летнее солнцестояние).
Ориентирование – полезный навык не только для туристов, а для каждого, интересующегося элементарной навигацией. Вот как определить нужное направление, если человек находится в Северном или Южном полушарии:
Становятся спиной к Солнцу, лицом к собственной тени
Северное полушарие
Южное полушарие
Спереди
Север
Юг
За спиной
Юг
Север
Слева
Запад
Восток
Справа
Восток
Запад
Интересный факт! В Северном полушарии небесный шар движется по часовой стрелке на запад через юг. В Южном полушарии по нордической части небосвода с востока на запад, поэтому движение идет по часовой стрелке. Путник, сбившийся с дороги в Австралии, может попутать запад и восток.
С какой стороны встает Солнце
30% населения земного шара считает, что Земля статична, а Солнце ходит по небосводу. Все потому, что любое движение относительно. Если человек выбрал единственную систему отсчета, то движется объект или нет, откуда и куда он продолжает это делать – оценивается субъективно.
Земля летит по орбите вокруг Солнца, одновременно оборачиваясь вокруг своей оси. Полный оборот совершает за 24 часа (сутки), причем обороты эти совершаются против часовой стрелки. Поэтому утверждение, что солнце восходит на востоке, заходит на западе в одних и тех же местах – неверное. Точки видимости постоянно меняются. Когда чередуются времена года, то меняется ориентир, направленный на восход. После весеннего солнцестояния точки восхода и захода начинают смещаться к северу. Так продолжается до дня осеннего равноденствия. Чем севернее место наблюдения, тем больше смещается к западу точка восхода.
Куда заходит Солнце
Если представить нашу планету абсолютно плоской и недвижимой, источник света всегда находился бы в зените, не было бы ни рассветов, ни закатов. Благодаря тому, что солнце встает на востоке, а садится на западе, жизнь приобрела цикличность.
Каждое утро с восточной стороны появляется солнечный диск, проходит положенную траекторию. Та часть горизонта, где заходит солнце, традиционно называется западом. Земля совершит еще 1 вращение вокруг своей оси, прежде чем обернется к солнцу – снова наступит день. То есть, солнце никуда не заходит: оно остается на месте, а Земля поворачивает к нему, то одну, то другую сторону. В астрономии время захода – то, когда верхняя часть диска станет полностью невидимой за горизонтом.
Как перемещается Солнце
Если смотреть на Дневное светило (с фильтром, обязательно!), может показаться, что оно находится на месте. Но стоит наметить любой предмет для ориентира, как через несколько минут будет заметно и движение тени, изменение ее длины, и то, что Солнце относительно предмета переместилось вправо, западнее.
Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости орбиты и не параллельна оси вращения вокруг Солнца. Угол наклона между осями 23⁰. Поэтому при переходе из Южного в Северное полушарие Земля поднимается до 23⁰, при обратном перемещении происходит опускание тоже на 23⁰. Если бы не было этого угла, наша планета не знала бы смены времен года.
После весеннего равноденствия, когда восход и закат происходит точно на востоке и на западе, люди встречают лучи смещенными в сторону к северо-востоку, уже летом, 21 июля смещение на линии горизонта достигает максимума. После этого дня восход замечают южнее, с каждым днем все больше. 22 сентября светило взойдет и сядет точно на востоке и западе.
Освещенность нашей планеты в разное время года напрямую зависит от того, насколько она удалена от Солнца, какой стороной повернута в этот момент к нему. Вот так Солнце двигается в течение дня:
Главный источник тепла приблизительно в 6 часов утра появится на востоке, к 6 вечера переместится на запад. Примерно в 12 часов дня оно будет в зените, что соответствует географическому югу. Но, чтобы точно сориентироваться, учитывают разность между реальными часами и астрономическими. Определение стороны света по Солнцу, приблизительного времени, нахождения места на карте – вот для чего нужно знать, где всходит и заходит Солнце, как оно движется в течение дня и на протяжении года.
Вот один из самых простых и популярных способов ориентирования по Солнцу:
находят прямую палку длиной около 1 м, втыкают в землю там, где хорошо видна тень;
ставят отметку в точке конца тени;
выжидают минут 15, за это время тень переместится;
ставят вторую точку;
соединяют прямой линией, продлевают на 30 см;
левую ногу ставят на первую отметку, правую на вторую.
В Северном полушарии получают нордическое направление.
Популярный описываемый метод ориентирования по Солнцу и часам имеет нюансы, несоблюдение которых приведет к ошибке, возникновению чрезвычайной ситуации. Почти нигде не указывают, что способ применим только в Северном полушарии, выше зоны тропиков. В высоких широтах солнце по несколько недель не прячется за горизонт, во время полярной ночи не показывается из-за него.
Где находится Солнце в полдень
Привычно считать, что в 12 часов дня оно показывает южное направление. Утверждение лежит в основе ориентирования, однако годятся лишь для приблизительного определения местонахождения.
Ведь существуют факторы, влияющие на местонахождение светила, подтверждающие, что место Солнца в полдень не всегда на юге:
Долгота местности. Астрономический (истинный) полдень не всегда совпадает с официальным, принятым в конкретной точке. Привычно считают 12 часов экватором дня, и упускают из вида, что Солнце еще не прошло через зенит (самую высокую отметку в траектории движения). Наблюдая с земной поверхности, видят восход всегда на востоке, не имеет значения, северное полушарие или южное. Два человека, которые находятся на разной географической долготе, увидят светило в зените в разное время: сначала тот, кто находится восточнее, затем тот, кто наблюдает на западе.
Переход стран на летнее (зимнее) время. Ошибка путешественника, который не учел этого нюанса, приводит к тому, что, находясь в средних широтах, отклонение может быть в районе 30⁰, а в тропических странах больше. Это очень серьезный фактор: сбившись на 1⁰, путник уходит в сторону от нужного маршрута. Это отклонение составляет 20 м на каждый пройденный километр пути.
Как движется Земля вокруг Солнца. Астрономический путь зеленой планеты – не круг, а эллипс. При этом она приближается и отдаляется. Чем ближе, тем длиннее сутки и наоборот. Поэтому солнечные сутки (период от одного солнечного полудня к другому) имеют различную продолжительность. При этом нужно помнить, что Земля наклонена относительно оси вращения. Интересно: в средних широтах северного полушария, отмечая каждый день точкой местонахождения солнца в 12:00, не получают прямой линии. Отметки по часам выстраиваются вытянутую цифру «8», отображая нахождение светила то с южной, то с северной стороны. Если не учитывать этих отклонений, в средних широтах можно получить погрешность в направлении 4⁰, в тропиках 10 и больше.
На местонахождение солнечного диска влияет географическая широта.
Выходит, там, где тропические зоны переходят в умеренные, зенит (когда солнце не дает тени) бывает раз в год. Ближе к экватору это явление наблюдают 2 раза.
Пару десятилетий назад ученые методом постоянной работы с данными вычисляли время захода и восхода. Современные технологии рассчитывают эти показания намного проще. При помощи специальных приложений путем внесения данных с географическими координатами местности и даты узнают точное время, когда из-за линии горизонта покажется небесное светило, когда оно будет в зените, когда зайдет за горизонт. Также существуют таблицы, показывающие смещение светила на разных широтах за год. Азимуты отсчитываются от крайней точки севера:
Таблица опровергает ошибочное суждение о восходе и закате.
Взгляд из космоса
Не все имеют шанс подняться ввысь, чтобы оценить красоту планет и рассмотреть их движение. Побывавшие в небе космонавты описывают увиденное так: все планеты вращаются своими орбитами против часовой стрелки, совершая путь с запада на восток. Уран вращается «лежа», вероятно, из-за смещенного центра тяжести, и Венера крутится в другую сторону, возможно, сменила направление из-за столкновения с метеоритом тысячелетия назад.
Увидеть восход солнечного диска, находясь на борту Международной космической станции, космонавты могут часто, ведь МКС пролетает по земной орбите за полтора часа, встречают Солнце 16 раз в сутки.
Интересный факт! Правда, в космосе восход длится несколько секунд. Фотографии, сделанные астронавтами NASA, показывают красивую картинку восхода: перед тем, как Солнце готовится выходить, водная гладь окрашивается в золотой цвет, необычно выглядят облака.
Северный полюс и другие части света
Интересное открытие сделали полярники: находясь на Северном полюсе, наблюдая, как садится солнце, заметили, что небесное тело движется с востока на запад, в то время как оно двигается с запада на восток. Говоря о Северном полюсе, только тут бывают день/ночь, которые длятся полгода. В осеннее равноденствие Солнце описывает полный круг по горизонту. Каждый новый день, двигаясь по спирали, поднимается выше (не больше 23-27⁰), вплоть до летнего солнцестояния. Потом процесс повторяется в обратном порядке, до осеннего равноденствия. В этот момент светило обходит весь горизонт, после чего витки происходят все глубже под горизонтом. Заря может длиться неделю, месяц, наблюдается по всей окружности. Белая ночь постепенно насыщается темнотой – это середина полярной ночи. Но Солнце не опускается ниже 23-27⁰ ниже горизонта, поэтому светло, видно утреннюю звезду.
Если сравнить две географические точки, находящиеся в разных полушариях на одинаковом отдалении от экватора, то видно, что в Северном в полдень солнце находится на юге, в то время как в Южном полушарии диск движется в сторону норда. А на экваторе Солнце в полдень половину года наблюдается на севере, половину – на юге, 2 дня в году проходит строго над головой.
Сумерки
Часовые периоды вечером, пока главная звезда окончательно не села и утром, пока не взошла, называют сумерками. Таинственное время суток, которое воспевают поэты и кинематографисты, длится около 2 часов: восходящее и зашедшее светило посылает на землю последние лучи, отражающиеся в верхних слоях атмосферы. Но 2 часа – это только в России, в умеренных широтах.
Сколько будут продолжаться сумерки, зависит от календаря, точки наблюдения за светилом:
в экваториальной зоне 30 минут;
в умеренных широтах около 2 часов;
в субполярных областях несколько суток.
Обратите внимание! Сумерки проходят три периода. Когда солнечный круг уйдет за горизонт на 6⁰, наступают гражданские сумерки. Закат диска на 6-12⁰ ниже горизонта – морские, а 12-18⁰ наступает третий период, он называется астрономические сумерки. Это самое темное время перед наступлением ночи.
Зачем людям отслеживать передвижение Солнца
Давно замечено: движение небесных светил всегда соотносится с определенными событиями на земле. Заметки повлияли на появление первых календарей: солнечных, лунных. Современные наблюдения основаны на научных исследованиях развития горячей планеты:
с Солнцем связаны биологические ритмы живых существ;
зная о вспышках, предугадывают магнитные бури, чтобы метеозависимая группа населения могла перенести их комфортно;
движение светила – отличный указатель в ориентировании на местности;
астрономические расчеты базируются на базовых показателях солнечной активности.
Солнце влияет на погоду, поэтому для планирования деятельности рассчитывают траекторию прохождения и возможность осадков. Наблюдение первобытных людей было направлено на выживание: вовремя успеть в лагерь, построить зимовку, найти дорогу, если заблудился. Они не знали астрономических терминов, но безошибочно научились определять по Солнцу стороны света, исчислять дни, время, придумав песочные, солнечные, каменные часы и приблизив человечество к цивилизации.
Удалось ли Вам получить новую информацию? Поделитесь в комментариях!
Видео по теме
Автор статей, эксперт по выживанию и чрезвычайным ситуациям. Имею опыт работы в структурах МЧС. Люблю путешествия с палатками.
