История определения по солнцу

Определение сторон света по Солнцу и часам

Если под рукой не оказалось ни компаса, ни навигатора, а сориентироваться на местности все же нужно, наиболее эффективными способами для определения сторон света, ориентирования карты на местности (например, в лесу), нахождения своего местоположения и определения направления дальнейшего движения могут служить способы ориентирования по небесным светилам — звездам и Луне.

Отдельно мы подробно говорили про ориентирование по Полярной звезде. Сейчас же сконцентрируем наше внимание на способах ориентирования по Солнцу — самой близкой к нам звезде, — а именно на способах ориентирования по Солнцу и часам.

На рассвете Солнце находится на востоке. Следовательно, если стать лицом к нему, то справа будет юг, слева — север, за спиной — Запад.

Как ориентироваться по Солнцу с помощью часов

Мне известно три способа ориентирования по Солнцу и часам. Все эти способы базируются на нескольких аксиомах:

• Солнце встает на востоке и садится на западе, при этом чаще всего точное место восхода и захода отклонено в северную либо южную сторону.
• В середине дня Солнце проходит через прямую, соединяющую северное направление с южным.
• Солнце движется по небесной сфере с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час, то есть в два раза медленнее часовой стрелки часов.
• Если стать лицом на север, то позади окажется юг, справа — восток, слева — запад. Понимая это, можно, зная всего одну сторону света, найти все остальные.

Подробнее об этих и других фактах, а также о том, откуда они взяты и почему работают так, а не иначе, можно прочитать в отдельной статье. Сейчас же предлагаю перейти непосредственно к описанию методов ориентирования.

Способ №1. По ключевым точкам

Данный способ основан на понимании того, что Солнце в 6 часов утра находится приблизительно на востоке, а в 6 часов вечера — приблизительно на западе. Из всех способов ориентирования по Солнцу этот, пожалуй, самый простой.

Этот способ помогает решать и обратную задачу — по положению тени и известным сторонам света определять время.

С 12 часами дня все немного сложнее: в средних и высоких широтах северного полушария в полдень Солнце будет на юге, в средних и высоких широтах южного полушария — на севере. В тропиках и на экваторе в течение года Солнце в полдень может оказаться то на севере, то на юге, а иногда и строго над головой наблюдателя. Подробно этот вопрос мы разбирали здесь…

Исходя из этого, можно более-менее точно узнать расположение сторон света в 6:00, 12:00 и 18:00. Для этого определяется направление на Солнце, делается вывод о стороне света, которая соответствует этому направлению, а затем, зная одну сторону света, находятся все остальные.

Данный метод позволяет быстро сориентироваться на местности, но его главным недостатком является привязка лишь к трем ключевым точкам — моментам времени, когда Солнце примерно совпадает с основными направлениями сторон света. Использовать же его в другие моменты времени не представляется возможным.

Способ №2. По аналоговым часам и Солнцу

Этот способ основан на знании того, что в средних и высоких широтах северного полушария Солнце движется по небосводу по часовой стрелке с угловой скоростью, равной половине от скорости движения часовой стрелки на часах. Это, по сути, — усовершенствованный первый способ.

Чтобы определить стороны света по аналоговым часам и Солнцу, следует придерживаться следующей инструкции:

1. Часы располагаются горизонтально. Циферблат должен быть направлен вверх.
2. Часы поворачиваются в горизонтальной плоскости так, чтобы часовая стрелка указала на Солнце, а точнее на его проекцию на горизонт.
3. От центра циферблата проводится луч так, чтобы он оказался строго между часовой стрелкой и цифрой «12». При этом в утренние часы этот луч будет находиться в промежутке от 6 до 12, а в вечерние — в промежутке от 12 до 6, если смотреть по часовой стрелке. Этот луч и укажет приблизительное направление на юг.

Существует вариация этого метода с использованием спички. Для этого:

1. Часы располагаются горизонтально циферблатом вверх.
2. Между часовой стрелкой и цифрой «12» на циферблате мысленно отмечается точка.
3. Возле этой точки сбоку к корпусу часов прикладывается спичка так, чтобы она была перпендикулярна плоскости циферблата.
4. Часы с прислоненной к ним спичкой вращаются в горизонтальной плоскости до тех пор, пока тень от спички не пересечет центр циферблата.
5. Луч, проведенный из центра циферблата через цифру «12» укажет приблизительное направление на юг.

Методы с использованием аналоговых часов хорошо будут работать только в том случае, если Солнце в течение дня будет двигаться низко над горизонтом. Чем выше солнечный зенит в конкретном регионе в конкретное время года, тем большую ошибку эти методы будут давать.

Например, они будут прекрасно работать за полярным кругом во время полярного дня, неплохо — в средних широтах в зимний период, и окажутся совершенно непригодными для ориентирования — в летних тропиках и на экваторе.

Кроме того, я не зря указал, что способ ориентирования по Солнцу и аналоговым часам предназначен для северного полушария. В южном полушарии, где Солнце движется справа налево, этот метод ориентирования нужно менять (о том, как это сделать, мы говорили в другой статье). Однако пользоваться им при этом становится сложнее, а значит увеличивается вероятность допущения ошибки. В таких ситуациях лучше применять другой способ, о котором поговорим далее.

Способ №3. По пройденному Солнцем пути

Это мой авторский способ ориентирования, основанный на знании скорости движения Солнца по небосводу. Он был придуман несколько лет назад и показал свою эффективность на практике в условиях различных походов.

Рассмотрим его на примере средних широт северного полушария, где в 12 часов дня Солнце будет находится приблизительно на юге.

Зная время в данный момент, нетяжело определить, сколько часов осталось до 12, или сколько часов прошло после 12 часов дня, то есть того момента, когда Солнце было на юге. Зная положение Солнца в данный момент, скорость и направление его движения по небосводу, можно легко определить, где Солнце окажется или было в 12:00, тем самым определив направление на юг.

Предположим, что в данный момент 8 часов утра. Это значит, что до 12 часов осталось 4 часа. То есть через 4 часа Солнце окажется на юге, сместившись слева направо от положения, в котором находится в данный момент. Определяем расстояние, на которое нужно сместиться Солнцу, чтобы оказаться на юге: 4 часа умножаем на 15 градусов в час — получаем 60 градусов. То есть от того положения Солнца, где оно находится в данный момент времени, нужно отступить вправо угловое расстояние равное 60 градусам — и полученное направление будет соответствовать направлению на юг.

Зная, что на расстоянии 57 см от глаз 1 сантиметр соответствует примерно 1 градусу, можно легко без транспортира найти направление на юг. Выставленный на этом расстоянии кулак с отогнутым в сторону большим пальцем соответствует примерно 15–17 см, то есть 15–17 градусам. Соответственно, четыре таких кулака будут соответствовать примерно 60 градусам.

Конечно, в этом случае было бы удобнее отступить не 60 градусов вправо, определяя юг, а 30 градусов влево, определяя восток: это уменьшило бы ошибку и несколько бы сократило временные затраты. Однако я решил не путать читателя и решил задачу по описанной ранее схеме.

Недостатки у данного способа те же, что и у предыдущего, однако есть и ряд преимуществ. Так, например, не нужны аналоговые часы, то есть часы со стрелками: для этого способа достаточно электронных часов, мобильного телефона или радиоточки, по которой сообщают текущее время. Кроме того, этот метод одинаково удобен для использования, как в северном полушарии, так и в южном.

Пользуясь разобранными сегодня методами, необходимо вносить корректировки, связанные с переводом часов на летнее время. Если этого не сделать, ошибки при ориентировании по Солнцу и часам могут значительно возрасти. Об этом мы рассказывали в отдельной статье.

Также для повышения точности стоит вносить корректировку, связанную с рядом других моментов, которые влияют на отклонение «земного» времени от астрономического. Однако зачастую эти моменты не учитываются, поскольку их влияние на точность метода незначительно, ведь данные методы вообще не претендуют на звание точных.

Не лишним будет также отметить, что ориентироваться по Солнцу можно и без часов, однако именно методы с использованием часов позволяют найти стороны света наиболее быстро, хоть и не всегда точно. Именно благодаря своей скорости данные методы целесообразны в большинстве случаев, поскольку чаще всего скорость является приоритетнее точности.

Тем не менее, это вовсе не отменяет необходимости изучения всех вариантов ориентирования, поскольку ситуации бывают разные, а часы, как и любые сложные механизмы, имеют привычку выходить из строя. Поэтому всегда стоит уметь обходиться без них.

Источник

Что такое Солнце — описание, структура, образование, эволюция, орбита, исследование и факты

Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).

Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Таблица «Основные физические характеристики Солнца»

Состав Солнца

Основными элементами, из которых состоит наша звезда, являются водород (73,5% солнечной) и гелий (24,9%). На все остальные элементы приходится примерно 1,5%.

Химический состав светила непостоянен – он меняется из-за превращений, происходящих во время термоядерных реакций. На заре своего существования Солнце почти полностью состояло из водорода. В ходе термоядерных реакций этот элемент превращается в гелий, поэтому его массовая доля падает. Гелий также превращается в более тяжелые элементы, однако, однако в целом его доля возрастает. Изменения химического состава звезд оказывают огромное влияние на процессы их эволюции.

Строение Солнца

Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.

Внутреннее строение Солнца

Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:

В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.

Зона лучистого переноса

Над ядром располагается зона радиации, которую также именуют зоной лучистого переноса. Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через зону радиации – это длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!

Зона конвективного переноса

Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.

Атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:

Фотосфера

Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.

Хромосфера

Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.

Корона

Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.

Магнитное поле Солнца

У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.

Глобальное поле обладает цикличностью. Его напряженность колеблется с частотой 11 лет, при этом наблюдаются изменения в частоте появления солнечных пятен. Такой цикл называют «циклом Швабе» по фамилии ученого, заметившего ещё в XIX веке, что количество солнечных пятен на поверхности светила меняется циклически. Лишь позже стала очевидна связь этого явления с процессами в зоне конвективного переноса и колебаниями магнитного поля. В начале XX века стало ясно, что за один цикл Швабе полярность магнитного поля меняется на противоположное. То есть Солнцу нужна два 11-летних цикла, чтобы магнитное поле вернулось к начальному состоянию. В связи с этим выделяют 22-летний цикл, известный как «цикл Хейла».

В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.

Жизненный цикл Солнца

Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.

В ходе термоядерных реакций масса Солнца постепенно уменьшается. Каждую секунду 4 млн тон солнечного вещества преобразуется в энергию. Вместе с тем звезда разогревается. Каждый 1,1 млрд лет яркость Солнца увеличивается на 10%. Это значит, что ранее температура на Земле была значительно ниже, чем сейчас, а на Венере, возможно, была жидкая вода или даже жизнь (сейчас средняя температура на поверхности Венеры составляет 464° С). В будущем же яркость Солнца будет возрастать, что будет вести к росту температуры на Земле. Через 3,5 млрд лет яркость светила вырастет на 40%, и условия на Земле станут такими же, как и на Венере. С другой стороны, Марс также разогреется и станет более пригодным для жизни. Таким образом, в ходе эволюции звезды так называемая «зона обитаемости», постепенно удаляется от Солнца.

Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.

Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.

После из-за роста температуры в ядре до 100 млн градусов там начнется активная реакция горения гелия – «гелиевая вспышка». Радиус светила сократится до 10 современных радиусов. На выгорание гелия уйдет порядка 110 млн лет, после чего звезда снова расширится и станет красным гигантом, но эта стадия будет длиться уже 20 млн лет.

Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.

Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь

Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.

На сегодня Солнце располагается в рукаве Ориона. Нам повезло с расположением Солнечной системы в Млечном Пути. Дело в том, что скорость вращения нашей системы почти совпадает со скоростью вращения так называемых спиральных рукавов. Из-за этого наша система не попадает в них, хотя большинство других звезд периодически оказываются там. В спиральных рукавах очень сильное излучение, которое способно убить всё живое. Если бы Солнце находилось на другой орбите, оно периодически попадало бы в спиральные рукава, что приводило бы к «стерилизации» жизни на Земле.

Исследование Солнца

Изначально люди относились к Солнцу как к божеству, дающему людям свет. Древние астрономы полагали, что наше светило – это лишь одна из планет, к которым также относили и Луну. Поэтому в честь него, как и в честь других планет, нередко называли дни недели. И сегодня в английском языке воскресенье носит название «Sunday», что переводится как «день Солнца». В 800 г. до н. э. китайцы впервые обнаружили на Солнце пятна.

Аристарх Самосский в III в. до н. э. первым предположил, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Но лишь во времена Коперника и Галилея эта теория была принята научным сообществом. Тогда же начались исследования Солнца с помощью телескопа. Галилей понял, что солнечные пятна – это часть светила. Изучая их, он понял, что звезда вращается вокруг своей оси, и даже смог определить период обращения.

В 1672 г. Д. Кассини смог достаточно точно рассчитать расстояние до светила. Для этого он определял положение Марса на небосводе в Париже и Кайенне (Южная Америка). Он получил значение в 140 млн км.

В XIX в. физики стали изучать спектр солнечного света. Этот метод позволял определить химический состав звезды. В 1868 г. было обнаружено, что в состав светила входит элемент, до того неизвестный человечеству. Его назвали гелием.

Большой загадкой для ученых оставалась природа энергии, излучаемой Солнцем. Выдвигались ошибочные версии, что звезда нагревается за счет падения на нее метеоритов или за счет гравитационного сжатия. Лишь с открытием ядерных реакций физики смогли предположить, что источник солнечного тепла – это термоядерный синтез.

Дальнейшее изучение Солнца связано с развитием космонавтики. С помощью советских аппаратов «Луна-1» и «Луна-2» в 1959 г. был открыт солнечный ветер.

Интересные факты о Солнце

Для любого объекта, излучающего тепло, можно посчитать отношение мощности к его объему. Оказывается, что удельная мощность Солнца примерно в тысячу раз меньше, чем удельная мощность человеческого организма! Это означает, что огромный объем выделяемого светилом тепла в первую очередь объясняется его гигантскими размерами.

Периодически всплески солнечной активности приводят к геомагнитным бурям. Мощнейшая из них произошла в 1859 г. В результате на Земле перестала работать телеграфная связь, а северное сияние наблюдалось даже над Кубой.

Сейчас общепризнанна теория, что Солнце образовалось из газопылевого облака. Однако откуда появилось само облако? Ученые предполагают, что оно является остатком предыдущих звезд. Химический анализ показывает, что Солнце является звездой уже третьего поколения. Это значит, что вещество, из которого состоит светило, ранее входило в состав двух других звезд, уже прекративших существование.

Хотя большинство планет вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, экватор самой звезды не совпадает с этой плоскостью, а наклонен на 7°. Эту аномалию до сих пор не удалось объяснить. Возможно, причиной этого является существование ещё одной планеты в Солнечной системе, чья орбита лежит не в плоскости эклиптики, а под углом к ней. Ряд наблюдений подтверждает существование Девятой планеты, но пока что говорить об ее открытии преждевременно.

Список использованных источников

Источник