Определение сторон горизонта по Солнцу
Все методы ориентирование по Солнцу основаны на понимании того, где Солнце встает, где садится и как движется относительно сторон света в течение суток. Несмотря на то, что в движении Солнца по небосводу имеются особенности в зависимости от широты местности и времени года, в общем с астрономической точки зрения его перещение очень стабильно. Солнце всегда встает на восточной стороне планеты и садится на западной (хотя строго на востоке оно восходит лишь в отдельные дни, равно как и лишь в два дня в году садится строго на западе), в том или ином полушарии в тот или иной сезон в конкретное время суток оно находится в конкретной точке небесной сферы. Зная эти зависимости, можно по положению светила определить собственное расположение и необходимое направление движения с достаточной для целей ориентирования точностью.
Траектория «движения» зенита Солнца в течение года за полярным кругом
Известно множество методов ориентирования по Солнцу, в том числе с часами и без них, с гномоном, с различными построениями на земле и просто с наблюдением Солнца на небе.
Однако перед тем, как рассказывать о конкретных методах, позволяющих определить стороны света по Солнцу, необходимо разобраться с теоретической основой этих методов. Не понимая теории, есть риск использовать большинство способов ориентирования неправильно из-за их зависимости от широты местности и времени. А такие ошибки могут быть чреваты дезориентацией и опасностью для жизни. Именно благодаря теории в заучивании методов ориентирования не будет надобности: человек сам сможет придумать свой метод, опираясь на понимание процессов, лежащих в основе всех способов ориентирования по Солнцу. Приведенные же здесь примеры позволят лучше разобраться в вопросе и подтолкнут мысль в нужном направлении.
Теоретические основы
Здесь перечислим аксиомы, доказанные факты и некоторые выводы, следующие из них.
Истина №1. Земля вращается вокруг Солнца.
Истина №2. Вращение Земли, если смотреть сверху на северный полюс, осуществляется против часовой стрелки. Из этого следует вывод, что Солнце в начале освещает более восточные регионы. Для наблюдателя же, находящегося на Земле, это выглядит так, как будто Солнце встает на востоке и садится на западе.
Из этой же истины следует, что Солнце в середине своего движения, то есть в промежутке между востоком и западом, что соответствует середине дня, для наблюдателя будет находиться в самой высшей точке своей траектории движения — зените. В это же время оно будет находиться на линии север–юг.
Если представить, что наблюдатель находится в северном полушарии, то получится, что Солнце для него движется по небесной сфере слева направо. Если же наблюдатель переместится в южное полушарие (например, в Австралию), тогда движение Солнца для него будет справа налево. Но это правило четко работает только в средних и высоких широтах, а в тропических зонах и на экваторе оно может изменяться, в связи с явлением, о котором расскажем далее.
Истина №3. Ось вращения Земли наклонена по отношению к Солнцу на угол 23,44 градуса. Это в сочетании с тем, что Земля вращается вокруг Солнца, приводит к тому, что в разное время года для наблюдателя, находящегося в одной точке Земли, траектория движения Солнца по небесной сфере будет смещаться то выше, то ниже.
При более высоком положении Солнца над горизонтом его лучи будут падать на поверхность Земли под более тупым углом, а значит на единицу площади попадет больше света, чем в случае с более низким положением Солнца, — на этой территории потеплеет и со временем настанет лето. Обратный процесс приведет к похолоданию и наступлению зимы.
Из-за наклона земной оси получается, что когда в северном полушарии наступает зима, в южное полушарие приходит лето, и наоборот.
Понимая эти процессы, несложно догадаться, что Солнце будет восходить строго на востоке и заходить строго на западе только в дни весеннего и осеннего равноденствий, когда длина дня равна длине ночи. С марта по сентябрь Солнце будет подниматься на северо-востоке и садиться на северо-западе, а в период с сентября по март будет всходить на юго-востоке и садиться за горизонт на юго-западе.
Чтобы сказать, где Солнце будет в полдень, нужно знать, в какой точке Земли будет находиться наблюдатель.
Для примера рассмотрим период с июня по декабрь в северном полушарии. В этот период в средних и высоких широтах Солнце будет на юге. На экваторе Солнце будет вначале на севере, а затем окажется на юге. В районе тропиков картина будет схожа с картиной на экваторе за тем только исключением, что в северной стороне Солнце будет меньшее количество дней, и тем более будет выражено это различие, чем дальше от экватора и ближе к умеренной зоне будет находиться наблюдатель.
В период с июня по декабрь в северном полушарии будет наблюдаться обратная картина. Отметим, что стабильность будет только в средних и высоких широтах: здесь Солнце в течение всего года в полдень будет находиться на юге.
Глядя на эту схему, можно просчитать нахождение полуденного Солнца и в южном полушарии. Здесь по сравнением с северным полушарием все будет наоборот.
Истина №4. Земля вращается с угловой скоростью примерно 15 градусов в час. Поэтому и наблюдаемое с Земли движение Солнца по небосводу происходит примерно с той же скоростью.
Истина №5. Если стать лицом к северу, то за спиной окажется юг, справа — восток, а слева — запад.
Ну вот, с теоретической частью разобрались, а значит пора переходить непосредственно к рассмотрению методов ориентирования по Солнцу.
Как определить стороны света по Солнцу
Существует множество разных способов ориентирования, но мы разберем лишь пять из них, которые позволят сориентироваться почти в любой ситуации, когда на небе видно Солнце.
Способ №1. По часам и Солнцу
Мы уже знаем, где должно находиться Солнце в 6 часов утра, 6 часов вечера и в 12 часов дня, а значит в это время, которое можно определить по часам, можно более менее точно найти стороны света.
Например, в 18:00 Солнце должно быть на западе. Это значит, что если в это время стать таким образом, чтобы Солнце оказалось точно слева, то перед нами будет север, позади юг, а справа — восток.
Способ №2. По тени от шеста
Поскольку в середине дня Солнце находится на максимальной высоте, тени, отбрасываемые вертикально расположенными прямыми объектами (например, столбом электропередач), будут самые короткие. Самая короткая тень будет означать, что Солнце находится на линии север–юг. А где именно — на севере или юге — зависит от полушария, а в тропической и экваториальной зоне, как помним, — и от времени года.
Подробно об этом методе мы рассказывали в отдельной статье…
Эти два метода позволяют сориентироваться в любой точке мира в ясный день. Однако для человека, двигающегося по маршруту, они неудобны, так как не дают возможности сориентироваться в любое время дня, отличное от 6, 12 и 18 часов. Поэтому разберем более подходящий для этого случая способ.
Способ №3. По двум теневым точкам
Поскольку Солнце всегда движется с востока на запад, тень, отбрасываемая предметами, находящимися в его лучах, будет двигаться в противоположном направлении. Таким образом, если на ровной горизонтальной площадке два раза с небольшим (15–20 минут) промежутком времени отметить положение конца тени, то получатся две точки. Если эти точки соединить прямой, она примерно будет соответствовать направлению запад—восток (первая точка будет указывать на запад, вторая — на восток). Зная две стороны света, нетрудно найти и все остальные.
Однако и у этого метода есть свои недостатки. Он требует наличия ровной горизонтальной площадки, поэтому не всегда может быть воплощен в жизнь корректно. Например, в горной местности или у людей, сидящих в движущейся лодке, с ним могут быть проблемы.
Самое простое построение с помощью теней, позволяющее найти направление на север
В связи с этим рассмотрим еще один метод, для которого не обязательно наличие ровной горизонтальной поверхности.
Способ №4. По Солнцу и часам со стрелками
Этот метод основан на том, что Солнце движется в два раза быстрее, чем часовая стрелка часов, то есть за то время, пока часовая стрелка совершает поворот, например, на 30 градусов, Солнце проходит путь по небосводу равный 60 градусам.
Для того, чтобы найти направление север–юг:
- Часы располагают горизонтально циферблатом вверх.
- Часовую стрелку направляют в сторону Солнца, а точнее в сторону проекции его на горизонт.
- Определяют направление на юг или север (в зависимости от точки на земном шаре, где находится человек). Для этого проводят биссектрису из угла, образованного часовой стрелкой и цифрой «12» — это и будет направление на юг (север).
Заметьте, что если это 6 часов утра, то биссектриса покажет на цифру «9», если же 6 часов вечера, то на цифру «3» на циферблате. Часто именно в этом моменте у изучающих данный способ людей возникают вопросы и путаница.
Следует отметить, что данный способ корректно работает только в северном полушарии, когда Солнце движется слева направо. В других регионах при обратном движении Солнца метод нужно изменить.
Но что делать, если часы не механические, а электронные без стрелок, или же единственным источником, из которого можно узнать время, является радиоточка? Специально для этого случая я придумал свой собственный метод, которым с успехом пользуюсь уже не первый год.
Способ №5. По Солнцу и времени
Он основан на понимании того, что Солнце движется по небосводу с востока на запад с угловой скоростью 15 градусов в час, а в 12 часов располагается на линии север–юг. Способ реализовывается следующим образом:
- Определяется, сколько времени осталось до полудня (12:00) или сколько прошло после полудня.
- Зная время и скорость Солнца, определяется угол, на котором Солнце будет находиться относительно направления север–юг.
- Если полдень еще не настал, то от Солнца, а точнее его проекции на горизонт, по ходу его движения откладывается полученный в результате расчетов угол. Если полдень уже прошел, то этот угол откладывается от Солнца в противоположную сторону. Таким образом находится направление север–юг.
Если полдень еще не наступил, тогда нужно стать так, чтобы Солнце было справа. Если же время перевалило за полдень, тогда нужно стать так, чтобы Солнце оказалось левее. В этом случае перед лицом окажется север, а за спиной — юг.
Подробнее об этом методе сказано в статье про гномон…
Последние два способа дают наименьшую ошибку в высоких широтах в течение полярного дня, пока Солнце видно над горизонтом, а также в средних широтах в зимний период, когда Солнце не поднимается высоко над горизонтом. В тропиках же и на экваторе эти способы дают большие ошибки из-за того, что Солнце в полдень расположено наиболее высоко над горизонтом, и поэтому в этих регионах ориентироваться с помощью них не рекомендуется.
Заметим, что во всех указанных способах, где используются показания времени, нужно делать поправку с учетом перевода часов на летнее время, а также при необходимости получения более точных результатов — и на другие факторы, влияющие на отклонение в показаниях земных и астрономических часов.
Все перечисленные методы ориентирования по Солнцу надежны и могут быть использованы в качестве аварийных методов в условиях, когда по каким-либо причинам не удается воспользоваться современными приборами, предназначенными для этих целей.
Эти методы надежнее методов ориентирования по мху, квартальным столбам, церковным крестам, так часто описываемых в специальной литературе. Также в большинстве случаев эти методы практичнее методов ориентирования по звездам, поскольку зачастую группе или человеку, оказавшемуся в аварийной ситуации, приходится преодолевать маршрут именно в светлое время суток, когда вероятность травмы минимальна и проще разглядеть окружающую местность и ориентиры на ней.
Источник
Как вращаются Земля, Луна и Солнце
Луна, Земля, Солнце — три важнейших небесных тела, определяющих существование человечества. Первое поддерживает стабильность вращения нашей планеты, влияет на приливы и отливы, второе — наш родной дом, а третье обеспечивает поступление к нам тепла и света.
Размеры Солнца и Луны
Для понимания природы солнечных затмений нужно знать, во сколько раз Луна меньше Солнца. Диаметр центральной звезды нашей системы составляет 1,4 млн км, аналогичный параметр земного спутника — почти 3,5 тыс. км, разница составляет примерно 400 раз.
В то же время Луна находится ближе к Земле, почти в те же 400 раз (при нахождении этих объектов в некоторых точках относительно планеты): на расстоянии около 385 тыс. км, в то время как дистанция от нас до центра Солнечной системы равна 150 млн км.
И хотя светило расположено от нас намного дальше, чем спутник, земному наблюдателю они часто кажутся на небе равными по величине.
Это и есть объяснение солнечных затмений: спутник полностью или частично перекрывает собой Солнце.
Смена лунных фаз
В разных положениях Солнца, Земли и Луны относительно друг друга светлую часть нашего спутника мы видим по-разному.
Части, освещенные светом центральной звезды, называются лунными фазами, это:
- новолуние;
- первая четверть;
- полнолуние;
- последняя четверть.
Иногда выделяют 2 промежуточные фазы: растущую (молодую) и убывающую (стареющую) луну.
Во время новолуния спутник земному наблюдателю не виден, потому что находится между планетой и Солнцем, и к планете обращена его темная сторона, не освещенная звездой. Некоторое свечение лунного диска в этот период все же можно заметить, оно имеет характерный пепельный оттенок, который небесному телу придает солнечный свет, отраженный от Земли.
Через два дня наступает фаза растущей луны, или неомения — это первое после новолуния появление объекта на небе, когда он имеет вид узкого серпа. С каждым днем он увеличивается в размерах и через 7 суток принимает вид полукруга, появляющегося вскоре после заката на западе или юго-западе.
Относительно светила Луна в этой фазе расположена на 90° в восточном направлении, ее видно только вечером и в первой половине ночи.
Через 2 недели после начала лунного цикла наступает полнолуние: Луна расположена в противостоянии с нашей звездой, в сторону Земли обращено все ее освещенное полушарие. Она восходит в момент захода солнца, видна всю ночь и заходит на рассвете.
Еще через неделю начинается фаза последней четверти: спутник имеет вид полукруга, видимого в восточной части неба во второй половине ночи и перед восходом.
Он будет постепенно уменьшаться в размерах и в последние дни примет вид тонкой буквы «С».
Все указанное справедливо для наблюдения из северного полушария Земли. В южном полушарии положения серпа и полукруга противоположные: букву «С» напоминает не убывающий, а растущий месяц.
Совсем иной вид спутник в разных фазах имеет на экваторе, там положение его освещенной части не вертикальное, а горизонтальное. Например, стареющая луна имеет вид узкой лодки, расположенной в нижней половине диска.
Для расчетов принята продолжительность каждой из 4 основных лунных фаз в 7,38 земных дней, но их фактическая длительность постоянно немного меняется из-за вытянутости орбиты спутника и непостоянства его орбитальной скорости.
Так как лунный месяц короче большинства земных (29,5 дней вместо 30 или 31), 1 раз в год в календарном месяце может случиться второе полнолуние. Это явление получило название «Голубая Луна».
Такое наименование обусловлено не изменением оттенка земного спутника, а происхождением из английского фразеологизма «Однажды при голубой луне», смысл которого можно трактовать как «После дождичка в четверг», т. е. никогда. Голубой цвет сателлит может принимать, но это явление крайне редкое и объясняется оптическим эффектом.
Орбитальные характеристики Луны, Земли и Солнца, схема взаимного вращения
Луна совершает 3 вида движений:
- вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот примерно за 27,3 земных дней;
- обращается вокруг нашей планеты по эллиптической орбите с точно таким же (27,3 суток) периодом;
- обращается вокруг Солнца в связке «Земля-Луна».
Равенство периодов собственного вращения и обращения Луны вокруг Земли объясняет, почему она всегда повернута к нам одной стороной.
Земля совершает 2 вида движения: вокруг своей оси и вокруг Солнца. В первом случае движение происходит в направлении с запада на восток, и это явление объясняет смену времени суток. На освещенной половине земного шара наблюдается день, а на обратном — ночь.
Каждый такой оборот называется сутками, он длится 23 часа 56 минут и несколько секунд, но для расчетов длительность этого периода принята равной 24 часа.
Вращение планеты вокруг Солнца происходит по эллиптической орбите, среднее расстояние от центральной звезды — около 149,6 млн км, орбитальная скорость — в среднем 29,8 км/с. При этом в перигелии (ближайшей к светилу точке) Земля движется быстрее, со скоростью более 30 км/с, а в самой удаленной позиции (афелии) — медленнее 29,3 км/с.
За время 1 полного витка вокруг Солнца планета делает 365,25 собственных оборотов — это количество дней в 1 астрономическом году. Календарный аналогичный период, в котором сутки приняты равными 24 часам, длится 365 дней, но через каждые 3 годовых срока в календарь добавляется четвертый особый — високосный, с дополнительным 366-м днем.
Солнце неподвижно относительно Земли, но оно также не стоит на месте, а вращается вокруг центра галактики, и 1 такой оборот занимает 220-230 млн лет.
За время своего существования светило успело совершить только 20 полных витков вокруг Млечного Пути.
Ученые отводят нашей звезде срок жизни от сегодняшнего дня 7 млрд лет, за которые она сделает еще примерно 30 таких оборотов.
Линейная скорость движения Солнца в пространстве — 200-220 км/с. Направление его пути называется апекс, оно перемещается в направлении созвездия Геркулес.
Кроме того, светило вращается вокруг собственной оси, ученые определили это по изменению положения пятен на нем. Передвигается оно не как твердая модель: вращение на экваторе быстрее, по направлению к полюсам движение замедляется. Это касается лишь поверхности и массы, близкой к ней.
Внутренние слои и солнечное ядро при вращении ведут себя как классическое твердое тело. Похоже вращаются газовые гиганты Сатурн и Юпитер. Один полный виток вокруг оси Солнце совершает за 25,4 земных дней, его ось не вертикальная, а наклонена на 7°.
Источник