Как определить восход и заход солнца для своего населенного пункта
Иногда, например, отправляясь в пеший поход, нам крайне важно знать время восхода и захода солнца. Хочется очутиться в цивилизованных местах еще засветло. Но как рассчитать, когда нам отправляться и когда возвращаться? Легко! Посмотрите на отрывной календарь. Там на каждый день указывается с точностью до минуты, когда солнце восходит и когда оно садится. Прибавьте к этому еще полчаса-час (в зависимости от удаления от экватора и ясной/пасмурной погоды) на утреннюю зарю и вечерние сумерки, и вы получите продолжительность светового дня.
Однако в этом совете – руководствоваться отрывным календарем – есть одно но. Так мы будем знать время восхода и заката, к примеру, в Москве, но отнюдь не в нашей местности. И тут мы должны перейти от лирики к сухому языку цифр. Готовы? Тогда читайте нашу статью и рассчитывайте время светового дня для своей местности.
Какие географические параметры задействованы при расчете
По отношению к нашей звезде планета Земля вращается со скоростью пятнадцать градусов в час. Свою наивысшую позицию на небосклоне Солнце занимает в полдень. И в этом пункте следует учесть поправку на возможное летнее время, когда хронометры многих стран своевольно (то есть без согласования с Космосом) переводят на час вперед. Тогда солнце находится в зените в час дня. Но и это еще не все.
Существует еще понятие «истинный полдень». Земля поделена на часовые пояса. Каждый из них – довольно обширная территория. Поэтому в населенных пунктах, расположенных к востоку или западу от часового меридиана (где полдень наступает ровно в 12:00), он наблюдается раньше или позже. Следует, таким образом, установить долготу, на которой находится интересующий нас населенный пункт. Чтобы определить восход/заход солнца, нам следует знать и широту местности относительно экватора.
Магические даты равноденствия и солнцестояния
Два раза в год Земля поворачивается к нашему светилу под углом 90 градусов. В этом году это произойдет 19 марта и 22 сентября. В эти дни в любой точке планеты восход и заход солнца будет происходить в шесть часов (утра и вечера соответственно). Вот когда удобно вычислять местное время! На севере сумерки и заря долго играют на небосводе. В тропических широтах солнце ныряет за горизонт быстро. Но не это главное. Ведь световой день может оптически стать меньше из-за простой облачности.
Следует запомнить еще две даты: зимнего и летнего солнцестояния. Для северного полушария 21 декабря является днем с самой продолжительной ночью. А 21 июня солнце не спешит покидать небосвод. В эту дату на северном полярном круге ночь не наступает, а 21 декабря – не сменяется днем. Но когда наступает рассвет в летнее и зимнее солнцестояние в интересующей нас местности?
Восход и заход солнца в Москве
Рассмотрим алгоритм вычисления продолжительности светового дня и, следовательно, времени рассвета и заката на примере столицы. Девятнадцатого марта в Москве, впрочем, как и везде на земном шаре, светло будет двенадцать часов. Но поскольку мегаполис расположен чуть восточнее часового меридиана UTC +3, солнце взойдет там не в 6:00, а в 6:38. И зайдет тоже в 18:38. Световой день продолжает увеличиваться, достигая своего апогея в семнадцать часов и двадцать пять минут 20 июня. Мы легко можем определить восход и заход солнца для Москвы в эту дату. Полдень там наступает в 12:38. Тогда получается, что солнце восходит в 3:48, а заходит в 21:13. Вы уже знаете отклонение от часового меридиана в вашем населенном пункте? Когда там наступает истинный полдень?
Восход и заход солнца в выбранном пункте
Даты равноденствия и солнцестояния могут быть отправными данными для расчетов. 20 марта и на полярном круге, и на экваторе солнце взойдет в 6:00, а закат будет в 18:00. Тут мы учитываем отклонение от часового меридиана. После весеннего равноденствия в Северном полушарии световой день начинает расти, достигая своего апогея 21 июня. На полярном круге восход и заход солнца происходит в 0:00. Следовательно, световой день продолжается двадцать четыре часа. А на экваторе все остается по-прежнему: рассвет в 6:00, закат в 18:00. Чем выше широта, тем на больший отрезок времени растет световой день, тем раньше всходит солнце и тем позже оно заходит.
Зная географические координаты пункта, легко высчитать время рассвета и заката. Выводим формулу. Узнаем, сколько дней между весенним равноденствием и летним солнцестоянием. Девяносто двое суток. Мы также знаем, сколько часов продолжается световой день в летнее солнцестояние. Допустим, восемнадцать часов. 18 – 12 = 6. Шесть часов делим на 92. Результат – это на сколько минут растет каждый световой день. Делим его на два. Это – насколько раньше восходит солнце по сравнению с вчерашним днем.
Источник
Восход и закат Солнца
Временные отрезки, когда верхний край солнечного диска находится на линии горизонта, называются восходами и закатами. Причиной восхода и захода Солнца является вращение планеты вокруг звезды и собственной оси. Если бы Земля не имела шарообразную форму, не двигалась по орбите, то дневное светило постоянно стояло бы в зените. В таких условиях существование жизни на планете было бы исключено.
Что такое восход
Восход – временной отрезок, когда верхний край Солнца появляется над горизонтом. В астрономии под термином подразумевается полное прохождение солнечного диска через линию горизонта.
Под влиянием атмосферы земной наблюдатель видит восход немного раньше, чем при условии, если бы на планете отсутствовал атмосферный слой. Причем явление начинается раньше, когда наблюдатель перемещается на большую высоту.
С земной поверхности величина солнечного углового диаметра составляет 30 минут дуги (или 0,5°). Этот факт подразумевает, что длительность дня должна немного превышать половину солнечных суток. Но на длительность дня оказывает существенное влияние атмосферная рефракция.
Рефракция (или преломление) – искривление солнечных лучей, проходящих сквозь земную атмосферу. Восходящее солнце визуализируется примерно на 35 минут дуги выше, чем могло бы быть на планете без атмосферы. Поэтому для земного наблюдателя восход наступает раньше реального времени.
В результате рефракционного изменения:
- в экваториальных широтах день удлиняется примерно на 10 минут;
- в умеренных широтах – до 30 минут;
- в полярных областях – до 2 суток.
Что такое закат
Закат – физическое явление, подразумевающее уход верхнего края солнечного диска под горизонт. В астрономии под термином подразумевается полный процесс прохождения Солнца вниз через линию горизонта.
Время заката, как и восхода, сдвигается под влиянием атмосферной рефракции. Видимый с Земли закат наблюдается позже, чем происходит в действительности. Также время захода Солнца отодвигается, когда наблюдатель перемещается на высотное место.
Откуда восходит и куда заходит Солнце
Для большинства людей ответ очевиден: Солнце восходит на востоке, уходит за горизонт на западе. Но это обобщенное представление. В действительности восход строго на востоке и закат строго на западе бывает только 2 раза в год – при весеннем и осеннем равноденствии.
В остальное время года светило движется с севера на юг. Каждый день точки соприкосновения Солнца с горизонтом при восходе и закате немного смещаются. Во время июньского солнцестояния восход отмечается в максимальной северо-восточной точке. Далее изо дня в день светило восходит чуть южнее. Во время сентябрьского равноденствия садится Солнце точно на западе, поднимается точно на востоке.
В экваториальных широтах движение Солнца вне зависимости от сезона года происходит перпендикулярно горизонту.
Восход и закат – короткие этапы начала и завершения дня. Более длительны по времени сумерки – промежуточный этап становления дня ночью, и наоборот. Утренние сумерки – временной промежуток между рассветом и восходом, вечерние – между заходом и закатом. Длительность сумеречного периода определяется точкой наблюдения на планете, календарной датой.
При сумерках солнечный диск подходит снизу почти к самой линии горизонта, в результате чего световые лучи, частично попадающие в верхние атмосферные слои, достигают планетарной поверхности. В разных широтах длительность сумеречного периода неодинакова:
- на экваторе 20 – 30 минут;
- в умеренных широтах примерно 2 часа;
- в субполярных областях – несколько суток;
- в полярных областях до 3 недель.
Из-за вращения планеты в разных частях света время солнечных восходов и заходов неодинаково. Относительно Гринвича раньше всех восходы встречают не японцы, как многие думают, а острова Кирибати, находящиеся на крайнем восточном меридиане, позже всех – ближние к Аляске острова Алеутского архипелага, расположенные на крайнем западном меридиане.
Длительность светового времени суток непостоянна, следовательно, в течение года сдвигается время закатов и восходов. В северном полушарии летние дни длиннее зимних, в южном наоборот. Также длительность дня неодинакова в разных широтных зонах: с повышением широты дни укорачиваются.
График восходов и заходов для определенного сезона года и конкретной широты можно найти в календарях, а можно посмотреть на специальных сервисах в интернете.
Как отличить закат от рассвета
Когда восходит и заходит Солнце, наблюдается красивое оптическое явление – окрашивание неба и земной поверхности лучами в различные цвета. Причем визуально определить, где закатное небо, а где рассветное, можно по преобладающей гамме. Рассветные тона более нежные и холодные, с преобладанием розовых, лиловых, голубых оттенков. А на закате небо имеет насыщенные оттенки красного и желтого цвета, реже наблюдаются зеленоватые участки неба и освещенной земной поверхности.
Более глубокие и яркие цвета заката объясняются тем, что в течение дня земная поверхность нагревается, теряет влагу, воздушные потоки движутся быстрее, захватывая пылевые частицы. Проходя сквозь пылевую взвесь в атмосфере, закатный солнечный свет рассеивается, тускнеет, обретает красные оттенки. Обусловлено это тем, что красный цвет солнечного спектра, имеющий самую длинную волну, более устойчив к рассеиванию в запыленной и уплотненной атмосфере, чем коротковолновые холодные цвета. А за ночь воздушные слои очищаются, пыль оседает, и рассветное небо отличается большей чистотой и разнообразием оттенков.
Закаты и восходы – невероятное по красоте зрелище даже в городских условиях. Каждый день сотни фотографов в разных уголках планеты запечатлевают великолепие восходящего и заходящего Солнца, создают кадры, от которых сложно оторвать взгляд.
Источник
Восход и закат солнца
Расчет времени восхода и заката солнца на заданной широте/долготе или по городу из справочника. Источник: Almanac for Computers, 1990 published by Nautical Almanac Office United States Naval Observatory Washington, DC 20392
Наблюдая за улучшением погоды в своей местности, внезапно задался мыслью о том, что неплохо было бы знать время восхода и заката Солнца. Сказано — сделано. Алгоритм расчета нашелся здесь. Источник алгоритма — Almanac for Computers, 1990, published by Nautical Almanac Office, United States Naval Observatory, Washington, DC 20392
В комментариях к алгоритму также было указано, что он верен для периода с 1980 по 2050 год, и обладает точностью до одной минуты. Точность, впрочем, уменьшается для мест, лежащих на широтах выше 60 градусов северной или южной широты. Выше 80 градусов погрешности в расчете солнечной эклиптики (так, кажется) приводят к еще большим ошибкам (каким — не сказано).
Также для высоких широт зимой и летом солнце может либо никогда не заходить (полярный день) либо никогда не восходить (полярная ночь). В этом случае в результатах указывается продолжительность дня 24 часа либо 00 часов соответственно.
Надо еще рассказать про зенитный угол (zenith angle), который задается параметром «Граница дня/ночи» и оказывает существенное влияние на расчет. Зенит — это линия, направленная из точки на поверхности земли вертикально вверх, а зенитный угол (я не уверен в термине, это калька с английского) — это угол между вертикалью и направлением на центр небесного объекта. В данном случае речь идет о том, какой величины должен быть этот угол, чтобы считать, что солнце уже «совсем» взошло или уже село и день сменился ночью или наоборот.
Если бы Солнце было точкой, а Земля не имела атмосферы, то зенитный угол, определяющий полный закат солнца, был бы равен 90 градусам. Но поскольку Солнце не точка и имеет угловой диаметр, а его свет отражается твердыми частицами в атмосфере, то для того, чтобы верхний край солнечного диска скрылся за горизонтом, его центр должен лежать уже чуть ниже горизонта. При нормальных атмосферных условиях это соответствует углу в 90 градусов 50 минут. Этот угол считается углом «официального» заката солнца.
Но хотя солнце и скрылось за горизонтом, за счет отражения его света от атмосферы все еще довольно светло. Начинается период времени, называемый сумерками. Сумерки делятся на три этапа, и конец каждого из этапов тоже можно взять за точку заката солнца.
Первый этап называется гражданскими сумерками. Это время, когда еще достаточно светло, чтобы работать вне помещения без искусственного освещения. Концу гражданских сумерек соответствует зенитный угол в 96 градусов, после чего начинаются навигационные сумерки.
Навигационные сумерки — это время, когда на воде все еще заметна линия горизонта. Концу навигационных сумерек соответствует зенитный угол в 102 градуса, после чего начинаются астрономические сумерки.
Астрономические сумерки — это время, когда Солнце все еще является источником света и мешает видимости самых слабых звезд. Для обычного наблюдателя это время неотличимо от ночи. Концу астрономических сумерек соответствует момент, когда Солнце полностью прекращает быть источником света, и это зенитный угол в 108 градусов.
Впрочем, как оказалось, реализация алгоритма это еще не все. Дело в том, что алгоритм выдает результат в гринвичском времени. Очевидно, что для большего удобства пользователя надо перевести это время в местное. В идеальном мире часовой пояс можно было бы получить, используя значение долготы места. В самом деле, земной сфероид делится на 24 сферических двуугольника, по меридианам, отстоящим друг от друга на 15 градусов, и часовой пояс вычисляется тривиально.
Но в реальном мире все не так — политические, административные и географические границы придали весьма забавную форму часовым поясам, так что от определения пояса по долготе пришлось отказаться. Вместо этого я добавил в калькулятор дополнительное поле для задания смещения от гринвичского времени.
Тут пришла в голову мысль — почему бы не объединить этот алгоритм со справочником Информация о городах, который используется для калькулятора Расстояние между двумя городами и не сделать еще один калькулятор — расчет времени восхода и заката солнца в городах, с использованием данных из справочника. Координаты городов в нем есть, часовые пояса теперь тоже есть — выбираешь дату и город и получаешь местное время восхода и заката без лишних хлопот.
Правда, надо еще было понять, какое сейчас местное время — зимнее или летнее. Дело в том, что в тех странах, которые используют зимнее и летнее время, смена времени осуществляется по разному. Например, в Новой Зеландии летнее время действует с 30 апреля до последнего воскресенья сентября, а в Ираке — с первой пятницы апреля до последней пятницы октября. В общем, на такие подробности меня уже не хватило, и я немного упростил, использовав правило перехода на зимнее/летнее время, принятое в Европе и в России — с последнего воскресенья марта по последнее воскресенье октября.
Так что для некоторых городов (ну например, для городов Новой Зеландии) местное время в калькуляторе может вычисляться неправильно для марта-апреля и сентября-октября. Но, к слову, далеко не все страны используют зимнее/летнее время. Например, в районе экватора оно совсем и не нужно, так как сезонных изменений в солнечном свете практически не наблюдается. Да и вообще, многим странам такое деление навязывалось искусственно, в их бытность колониями, или, как в случае с Японией, под американской оккупацией (1948-1951). Некоторые страны, как говорится, пробовали, но им не понравилось. На территории бывшего СССР от разного времени уже отказались страны Центральной Азии и Грузия. Мол, люди напрягаются, а экономического эффекта не видно.
Вообще придумали зимнее/летнее время, как я и подозревал, англичане. В 1907 году предложил его некий Вильям Виллет (William Willett).
Англичане вообще славятся придумыванием всяких забавных штук вроде имперской системы мер (см. Перевод мер площади из метрической в английскую систему и обратно) или нестандартных размеров обуви (см. Соответствие размеров обуви), так что ничего удивительного. Но многие страны Европы им последовали в годы Первой Мировой Войны, чтобы экономить что? Неправильно, совсем не электричество — а уголь. Первыми были практичные немцы и их союзники (30 апреля 1916 года), ну а потом подтянулась Великобритания с союзниками и затем нейтральные страны.
Собственно, ниже калькулятор времени восхода и заката в городах (если вашего города в нем нет, зарегистрируйтесь и добавьте его в справочник), а еще ниже — по заданным географическим координатам (для вывода правильного местного времени надо самому ввести смещение от гринвичского).
Источник