Расчет зенитального положения солнца
Зенит Солнца в течение года движется от тропика к тропику со скоростью приблизительно 1° за 3,8 суток (мы не берем в расчет неравномерность движения Земли по орбите): т.к. расстояние от северного до южного тропика — 47° — Солнце проходит за полгода), округленно можно принять «1° за 4 суток» или
«2° за неделю«. Таким образом, можно приблизительно посчитать широту зенита Солнца для любой даты.
1. На какой широте Солнце в зените 12 апреля?
Решение: Определяем ближайшую кардинальную точку (или дату). Для 12 апреля ближайшей является дата 21 марта (Солнце в зените над экватором). С 21 марта по 12 апреля прошло 22 суток. 1° зенит Солнца проходит за 3.8 суток, а за 22 суток пройдет 22:3,8=5,7°. Следовательно, зенит Солнца сместился на примерно 6° к северу от экватора (см. рисунок). Ответ: 6° с.ш.
2. Какого числа Солнце в зените над столицей Ямайки?
Решение: Столица Ямайки (Кингстон) имеет широту φ = 18°с.ш. Солнце здесь бывает в зените 2 раза в год: незадолго до летнего равноденствия (когда Солнце в зените над северным тропиком) и после этой даты. От Кингстона до северного тропика расстояние 23,5°–18°=5,5°.1° зенит Солнца проходит за 3.8 суток, а 5,5° за 5,5°•3,8=20,9 (примерно 21 суток). Значит, Солнце бывает в зените над Кингстоном за 21 сутки до 22 июня и через 21 сутки после 22 июня, т.е. Ответ: 1 июня и 15 июля.
3. Если бы земная ось лежала в плоскости земной орбиты, на какой широте Солнце было бы в зените 5 октября?
Решение: 1) По условию задачи угол наклона земной оси к плоскости земной орбиты α=0°. Следовательно, широта тропиков теперь равна: φтр= 90° – α = 90° –0°=90°. Значит поменялась скорость следования зенита от тропика к тропику. Теперь за полгода (183 суток) зенит Солнца проходит 90°+90°=180°, т.е. скорость зенита равна около 1° за сутки. 2) Ближайшая кардинальная точка к 5 октября — день осеннего равноденствия 23 сентября (зенит над экватором). Между ними 12 суток. За 12 суток зенит перемещается приблизительно на 12° (по новому условию) к югу. Ответ: 12° ю.ш.
Источник
Восход солнца
Восход солнца на текущую дату, актуальная и подробная информация о том, когда наступит восход солнца. Точное время восхода и захода солнца поможет узнать во сколько рассвет и закат, чтобы их не пропустить. А также, вы можете узнать какая продолжительность дня, гражданские сумерки, во сколько сегодня темнеет, информацию по солнцу для навигации и астрономии. Календарь восхода и захода солнца сможет помочь Вам определить благоприятные и неблагоприятные моменты времени для наблюдения за рассветом и закатом.
Восход солнца
Сегодня, 16.06.2021, восход солнца в 03:44, а закат в 21:16. Время, когда солнце будет находится в своем зените, то есть достигнет самой верхней точки, наступит в 12:30. Долгота дня составит 20 часов и 32 минут. Начало гражданского рассвета в 02:43, а конец гражданского заката в 22:17.
Выбор местоположения для расчета солнца
Завтра
Завтра, 17.06.2021, восход солнца в 03:44, а закат в 21:16. Время, когда солнце будет находится в своем зените, то есть достигнет самой верхней точки, наступит в 12:30. Долгота дня 20 часов и 32 минут. Начало гражданского рассвета в 02:42, а конец гражданского заката в 22:18.
На неделю
Восход солнца — это момент появления светила над линией горизонта. Момент исчезновения светила с линии горизонта — заход. Из-за того что наша планета окружена атмосферой, мы можем наблюдать восход немного раньше чем это происходило бы в условиях безатмосферности. Именно из-за наличия атмосферы на нашей планете возникает такое явление как атмосферная рефракция. Рефракция искривляет прямой путь солнечных лучей, что приводит к тому что мы видим восход примерно на 35 угловых минут раньше, а заход соответственно позже, нежели наблюдали бы его в условиях отсутствия атмосферы. На практике явление рефракции заметно если сравнивать суммарное удлинение дня на экваторе, где солнце восходит практически перпендикулярно горизонту, равное 7 минутам, когда как на полюсах, смена полярных дня и ночи длится 2 суток.
Гражданские сумерки
Интервал гражданских суток дарит нам возможность наблюдать Венеру, которая иногда видна даже при солнечном свете. Термин гражданских сумерек используется для обозначения времени, когда человек под открытым небом, без дополнительных источников света может выполнять любую работу. В это время, при благоприятных погодных условиях, хорошо просматривается линия горизонта и наземные объекты. Начиная с географической широты 60°33’и до Полярного круга (66°33′) в году наблюдается так называемый период «белых ночей», это связано с тем что вечерние гражданские сумерки сменяются утренними. Так же это определение используется даже в некоторых законах, один из которых, например, обязует водителей использовать свет фар после заката солнца.
Продолжительность сумерек
Среднегодовая продолжительность гражданских сумерек (утром или вечером) зависит от широты. Солнечный диск перемещается со средней скоростью 0,25° в минуту, или 15° в час (360° за сутки), но перемещение при восходе и закате происходит, не под прямым углом к линии горизонта, именно из-за этого длительность всех интервалов сумерек определяется данным углом, при более острых углах увеличиваясь. Угол траектории перемещения Солнца относительно линии горизонта зависит от географической широты места наблюдения и от времени года (из-за разницы углов наклона оси планеты направленной к светилу). Самые короткие среднегодовые сумерки наблюдаются на экваторе, где Солнце встает практически перпендикулярно линии горизонта. Если исключить широты Полярного круга, наименьшая продолжительность среднегодовых сумерек наблюдается в период равноденствий. Чем острее угол под которым Солнце пересекает горизонт, тем дольше продолжительность сумерек, это происходит при приближении дней летнего и зимнего солнцестояния.
Продолжительность гражданских сумерек в минутах:
- 20-24 минуты — на экваторе;
- 29-36 минут — на широте Сочи;
- 37-61 минута — на широте Москвы.
Навигационные сумерки
Период когда Солнце находится над горизонтом в угловом интервале 6°- 12°, есть возможность наблюдать основные навигационные звезды и горизонт, по которым капитан судна, может ориентироваться с помощью секстанта, для измерения углов между небесным объектом и линией горизонта. Но в это время работать человек без дополнительных источников света не может, освещенность скорее можно отнести к ночной, нежели к вечерней. Когда вечерние навигационные сумерки сменяются утренними возникает красивое явление «голубых ночей».
Астрономические сумерки
Время когда Солнце находится под углом от 12° до 18°называют астрономическими сумерками. Небосвод уже практически не отличается от ночного и наблюдатели уже могут видеть небесные объекты, а в период между астрономическими сумерками, астрономической ночью, могут даже наблюдать галактики и туманности. Нормальная работа человека в этот период без искусственного освещения не возможна, поэтому, в основном в больших городах, из-за светового загрязнения отсутствует возможность наблюдать звезды даже 4-ой величины, и угол нахождения Солнца над горизонтом уже будет не важен.
Источник
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
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