Азимут и высота солнца над горизонтом
Вычисление азимута и высоты солнца над горизонтом по заданным координатам и времени наблюдения. Возможно как задание координат вручную, так и выбор значения из справочника городов.
Продолжаем тему, начатую статьей Восход и закат солнца.
На повестке дня вычисление азимута солнца и его высоты над горизонтом в любой момент времени в точке с заданными координатами. Азимут мы откладываем от севера по часовой стрелке.
Алгоритм расчета взят отсюда. Описал его какой-то хороший швед. Он старался как мог, но все равно для стороннего человека ничего не понятно. Например, я могу еще понять, как мы переходим от одной системы координат к другой, но понять, почему долгота перигелия солнца вычисляется как
, где d — количество дней от эпохи J2000 — это уже выше моих сил.
Видимо где-то далеко, в башне из слоновой кости, сидят астрономы, и все эти цифры рассчитывают, а потом все остальные смертные их используют. Может быть какой-нибудь астроном когда-нибудь расскажет о том, как это все происходит; пока же пришлось взять на веру все эти магические цифры и воплотить расчет в жизнь. Очевидно, так делает большинство.
Есть несколько книг, которые обычно рекомендуют людям на форумах, когда не хотят отвечать развернуто, типа, «смотри вон там», и я тоже приведу их здесь:
Jean Meeus. Astronomical algorithms
Peter Duffett-Smith. Practical Astronomy with your calculator.
Как и в случае калькуляторов для расчета времени восхода и захода солнца, ниже представлены два калькулятора — первый берет информацию о координатах и часовом поясе из справочника городов, т. е. остается только выбрать город и ввести время наблюдения; а второй позволяет задать координаты и часовой пояс «вручную». Информацию о городах могут добавлять в справочник зарегистрированные пользователи.
Отрицательная высота над горизонтом соответствует темному времени суток — солнце «под» горизонтом. Пересечение с горизонтом утром происходит примерно на азимуте 90 градусов, из чего можно сделать смелый вывод, что солнце восходит все-таки на востоке.
Paul Schlyter (это швед) утверждает, что ошибка в расчетах не превышает одной угловой минуты для дат в диапазоне 1900 – 2100.
Источник
Для чего необходимо знать высоту солнца над горизонтом
Изучение планеты и звезд – это одно из самых интересных и увлекательных занятий современных ученых. Еще с древних времен, мореплаватели и исследователи изучали звездные карты и зависимость планеты от их расположения. Это помогало им ориентироваться в пространстве и находить дорогу домой.
В разное время года высота Солнца над горизонтом разная
Высота Солнца над горизонтом планеты – это непостоянная величина, с помощью которой, можно определить количество радиации от солнечных лучей. Это зависит от градуса угла от луча до поверхности. Чем больше это значение, тем теплее на Земле, а чем меньше угол между планетой и звездой – тем холоднее на поверхности. С помощью данных о высоте Солнца над горизонтом можно определить точное время и координаты местности.
Высота земного светила варьируется на протяжении всего дня. Угол наклона может быть от 0 до 90 градусов. Благодаря этим изменениям можно наблюдать различные фазы восходящего Солнца, заката и зенита. Если рассматривать Солнце и Землю в масштабе вселенной, то именно от расположения и удаленности источника света зависят климатические условия в каждом регионе, а также длительность светового дня.
Способы определения высоты солнца над горизонтом
Измерить высоту Солнца над горизонтом можно с помощью различных инструментов. Еще в самом начале пути изучения астрологии и тайн Вселенной, было изобретено такое устройство, как гномон. Это один из самых древних способов измерить необходимую высоту.
В современном мире зачастую применяются различные технологии. Можно анализировать данные со спутников, или пользоваться компьютерами для расчета и вычисления данных. А можно воспользоваться такими инструментами, как секстант, астролябия или квадрант.
Источник
ЕГЭ-2018 по географии: задание 32
Задание 32
(«Земля как планета, современный облик планеты Земля. Форма, размеры, движение Земли»). max 2 балла!
Тип 1. Определите, в каком из обозначенных буквами на карте Северного полушария пунктов, 20 декабря солнце раньше (по времени Гринвичского меридиана) поднимется над горизонтом. Ход ваших рассуждений запишите.
Задание 32 – одно из самых сложных в ЕГЭ по географии. По статистике, его решают менее 30% сдававших экзамен. В то же время, оно не так трудно, как кажется на первый взгляд, если точно придерживаться алгоритма его решения.
В первом из типов задания 32 необходимо найти точку, в которой солнце раньше (или позже) всего поднимется над горизонтом. Это зависит от двух факторов:
1. Долготы точки. Солнце встаёт на востоке, следовательно, чем восточнее расположена точка, тем раньше солнце будет подниматься в ней над горизонтом.
2. Широты точки. Здесь важно время года.
Летом северного полушария (с 21 марта по 23 сентября) продолжительность дня будет возрастать от Южного полюса к Северному, следовательно, чем дальше на север будет расположена точка, тем раньше там будет всходить солнце.
Зимой же всё меняется с точностью до наоборот. Продолжительность дня будет возрастать при движении на юг, следовательно, чем южнее расположена точка, тем раньше там будет всходить солнце.
В приведённом задании точки А и В расположены восточнее точки С, следовательно, в точке С солнце взойдёт позже. Так как точки А и В лежат на одном меридиане, то время восхода солнца будет зависеть от продолжительности светового дня в них. 20 декабря день будет длиннее в точке В, т.к. она лежит южнее точки А.
Следовательно, солнце раньше поднимется над горизонтом в точке B.
Алгоритм 1
(при поиске точки, где солнце взойдёт раньше всего):
- Выбираем точку(и), лежащую(ие) восточнее всего.
- Если на одном меридиане располагаются две точки, то выбираем ту, в которой продолжительность дня в данное время года больше.
Эмпирическая подсказка: примерно в 85% случаев искомая точка располагается «в вершине» угла, образуемого тремя точками. Т.е. на одной параллели с одной из точек и на одном из меридианов с другой.
Тип 2. Определите, в какой из точек, географические координаты которых указаны в таблице, 18 марта Солнце будет находиться выше всего над горизонтом в 15 часов по солнечному времени гринвичского меридиана. Запишите обоснование Вашего ответа.
Во втором типе задания 32 требуется найти точку, в которой солнце расположено выше всего над горизонтом. Что характерно, это также зависит от двух факторов:
1. Широты точки. Чем ближе к экватору расположена точка, тем выше в ней стоит солнце над горизонтом*.
2. Долготы точки. Чем ближе к полуденному меридиану находится точка, тем выше в ней стоит солнце над горизонтом.
Таким образом, основная сложность при выполнении этого типа задания связана с нахождением полуденного меридиана – меридиана, на котором в данный момент времени полдень. Т.к. окружность Земли составляет 360°, а в сутках 24 часа, то за один час Земля поворачивается на 360 : 24 = 15°. Следовательно, чтобы найти полуденный меридиан, нужно разницу во времени нулевого и полуденного меридиана умножить на 15°.
В приведённом задании на Гринвиче 15 часов, следовательно, разница со временем полуденного меридиана составляет 3 часа (15 – 12), а градусная мера последнего составит (15 – 12) · 15° = 45° з.д. Долгота западная потому, что полуденный меридиан лежит к западу от Гринвича (там уже три часа дня, а солнце движется с востока на запад)**.
Точки А и Б лежат ближе к полуденному меридиану, чем точка В. При этом точка А расположена ближе к экватору, следовательно, именно там солнце и будет располагаться выше всего над горизонтом.
Алгоритм 2
(при поиске точки, в которой солнце стоит выше всего над горизонтом):
- Находим точку(и), расположенную(ые) ближе всего к полуденному меридиану. Долготу полуденного меридиана рассчитываем по формуле λ = (t – 12) · 15°, где λ – долгота, t – время гринвичского меридиана. Если число отрицательное, то долгота восточная.
- Если на одном меридиане располагаются две точки, то выбираем ту, которая расположена ближе к экватору.
Эмпирическая подсказка: если вы лучше воспринимаете информацию в графическом виде, нежели чем в табличном, то нарисуйте схематически на черновике две параллели и два меридиана и расположите на их пересечениях указанные точки.
* Из этого правила есть исключения, когда точка расположена между тропиками, но такие точки практически не попадаются в заданиях ЕГЭ.
** А ёщё можно посмотреть на долготу данных точек – в 90% случаев полушария совпадают.
Тип 3. Определите географические координаты пункта, расположенного в США, если известно, что 23 сентября в 17 часов по солнечному времени Гринвичского меридиана в этом пункте полдень и солнце находится на высоте 53° над горизонтом. Ход ваших рассуждений запишите.
Этот тип задания 32 требует исключительно математических расчётов.
Для нахождения широты точки воспользуемся известной нам высотой солнца над горизонтом (он же – угол падения солнечных лучей) в полдень. В дни равноденствий* солнечные лучи падают отвесно (под 90°) на экваторе, т.е. на 0° широты. А на полюсах (90° широты) солнце находится точно на горизонте, т.е. угол падения лучей равен 0°.
Следовательно, между географической широтой и углом падения солнечных лучей наблюдается обратная зависимость, которую можно выразить формулой φ = 90°– α, где φ – широта точки, α – угол падения солнечных лучей в полдень в дни равноденствия.
Чтобы найти долготу точки, нам потребуется выполнить вычисления, аналогичные таковым для типа 2, т.е. найти полуденный меридиан, градусная мера которого и будет долготой искомой точки, по формуле λ = (t – 12) · 15°, где λ – долгота точки, t – время гринвичского меридиана.
В данном задании широта составит φ = 90° – 53° = 37° с.ш. Широта северная только потому, что точка, как мы помним, расположена на территории США.
Долгота точки будет равна λ = (17 – 12) · 15° = 75° з.д., долгота западная потому, что время в данной точке отстаёт от Гринвича.
Алгоритм 3
(при поиске координат точки, для которой известна высота полуденного солнца и разница во времени с Гринвичем):
- Находим широту точки, используя формулу φ = 90° – α, где φ – широта точки, α – угол падения солнечных лучей в полдень в дни равноденствия.
- Находим долготу точки по формуле λ = (t – 12) · 15°, где λ – долгота точки, t – время гринвичского меридиана. Если число отрицательное, то долгота восточная.
- Записываем полученные координаты с указанием значения широты и долготы.
* В этом типе заданий дело происходит либо 23 сентября, либо 21 марта, т.е. в дни равноденствий.
Источник
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