§ 30. Распределение солнечного света и тепла на Земле (учебник)
§ 30. Распределение солнечного света и тепла на Земле
1. Вспомните, почему на Земле происходит смена дня и ночи и времен года.
2. Что называется орбитой Земли?
Изменение высоты Солнца над горизонтом в течение года. Чтобы понять, почему на протяжении года Солнце в полдень бывает на разной высоте над горизонтом, вспомните с уроков природоведения особенности движения Земли вокруг Солнца.
На глобусе видно, что земная ось имеет наклон. Во время движения Земли вокруг Солнца угол наклона не меняется. Благодаря этому Земля возвращается к Солнцу больше то Северной, то Южной полушарием. От этого изменяется угол падения солнечных лучей на земную поверхность. И соответственно больше освещается и нагревается то одна, то другая полушарие.
Если бы земная ось была бы не наклонена, а перпендикулярна плоскости орбиты Земли, то количество солнечного тепла на каждой параллели течение года, не изменялась бы. Тогда бы в своих наблюдениях за высотой полуденного Солнца, вы целый год записывали бы одну и ту же длину тени гномона. Это указывало бы на то, что в течение года продолжительность дня всегда равен ночи. Тогда земная поверхность нагревалась в течение года одинаково и пор года не существовало бы.
Освещение и нагрев поверхность Земли в течение года. По поверхности шарообразной Земли солнечное тепло и свет распределяются неравномерно. Это объясняется тем, что угол падения лучей на разных широтах разный.
Вы уже знаете, что земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом. Своим северным концом она направлена в сторону Полярной звезды. Солнце всегда освещает половину Земли. При этом более освещается то Северная полушарие (и день там длится дольше, чем в другом полушарии), то, наоборот, Южная. Дважды в год оба полушария бывают освещены одинаково (тогда и продолжительность дня в обоих полушариях одинакова).
Когда Земля обращена к Солнцу Северным полюсом, тогда оно больше освещает и нагревает Северное полушарие. Дни становятся длиннее ночи. Наступает теплое время года — лето. На полюсе и в приполярной части Солнце светит круглосуточно и не заходит за горизонт (Ночь не наступает). Это явление называется полярный день. На полюсе он длится 180 суток (полгода), но чем дальше на юг, тем его продолжительность уменьшается до суток на параллели 66,5 0 пн . ш. Эту параллель называют Северным полярным кругом. Южнее этой линии Солнце опускается за горизонт и смена дня и ночи происходит в привычном для нас порядке — ежесуточно. 22 июня — Солнечная лучи будут падать отвесно (под наибольшим углом — 90 0 ) На параллель 23,5 пн . ш. Этот день будет самым длинным, а ночь короткой в году. Эту параллель называют Северными тропиком, А день 22 июня — летним солнцестоянием .
В настоящее время Южный полюс отвлеченный от Солнца и оно меньше освещает и нагревает Южное полушарие. Там зима. На полюс и приполярной часть течение суток солнечные лучи совсем не попадают. Солнце не появляется из-за горизонта и день не наступает. Это явление называется полярная ночь. На самом полюсе она длится 180 дней, а чем дальше на север, тем становится короче до одних суток на параллели 66,5 0 ю. ш. Эту параллель называют Южным полярным кругом.Севернее от нее Солнце появляется на горизонте и смена дня и ночи происходит каждые сутки. 22 июня День будет кратчайшим в году. Для Южной полушарии он будет зимним солнцестоянием.
Через три месяца, 23 сентября, Земля займет такое положение относительно Солнца, когда солнечные лучи одинаково освещать как Северную, так и Южное полушарие. Отвесно солнечные лучи падают на экваторе. На всей Земле, кроме полюсов, день равен ночи (по 12 ч ). Этот день называют днем осеннего равноденствия .
Еще через три месяца, 22 декабря к Солнцу вернется Южная полушарие. Там наступит лето. Этот день будет самым длинным, а ночь — самой короткой. В приполярной области наступит полярный день. Лучи Солнца отвесно падать на параллель 23,5 0 ю. ш. Зато, в Северном полушарии будет зима. Этот день будет самым коротким, а ночь длинной. Параллель 23,5 0 ю. ш. называют Южным тропиком,а день 22 декабря — зимним солнцестоянием .
Еще через три месяца, 21 марта, опять обе полушария будут освещены одинаково, день будет равен ночи. Лучи солнца отвесно падать на экваторе. Этот день называют весенним равноденствием .
В Украине наибольшая высота Солнца в полдень – 61–69 0 (22 июня), наименьшая — 14-22 0 (22 декабря).
Занимательная география
Древние славяне бога света и Солнца называли Дажбогом . В известном литературном произведении «Слово о полку Игореве » наших предков — русичей назван внуками Даждьбога. Наряду с другими богами, поставленными князем Владимиром в Киеве, стоял и Дажьбог. По древним мифам его в небе сопровождают три солнечные собратья: Ярило — Бог весеннего равноденствия, Семиярило — Бог летнего солнцестояния и Коляда — Бог зимнего солнцестояния. Днем рождения молодого Солнца считался день зимнего солнцестояния. Опекуном этой светоносной тройке считался бог Троян — Владыка неба, земли и потустороннего царства.
Рис. Годовое движение Земли вокруг Солнца
Тепловые пояса Земли. Неравномерный нагрев земной поверхности обусловливает разные температуры воздуха на разных широтах. Широтные полосы с определенными температурами воздуха называются тепловыми поясами. Пояса различаются между собой количеством тепла, поступающего от Солнца. Их простирание зависимости от распределения температур хорошо иллюстрируют изотермы (От греческого » изо » — Одинаковый, » терма «- Тепло). Это линии на карте, соединяют точки с одинаковой температурой.
Жаркий пояс размещен вдоль экватора, между Северным и Южным тропиками. Он ограничен с обеих сторон изотерм 20 0 С. Интересно, что границы пояса совпадают с границами распространения пальм на суше и кораллов в океане. Здесь земная поверхность получает наибольшее солнечного тепла. Дважды в год (22 декабря и 22 июня) полдень солнечные лучи падают почти отвесно (под углом 90 0 ). Воздуха от поверхности сильно нагревается. Поэтому там жарко в течение года.
Умеренные пояса (В обоих полушариях) примыкают к жаркому поясу. Они протянулись в обоих полушариях между полярным кругом и тропиком. Солнечные лучи там падают на земную поверхность с некоторым наклоном. Причем, чем севернее, тем наклон больше. Поэтому солнечные лучи меньше нагревает поверхность. В результате меньше нагревается и воздух. Вот почему в умеренных поясах холоднее, чем в жарком. Солнце там никогда не бывает в зените. Четко выраженные времена года: зима, весна, лето, осень. При этом чем ближе к полярному кругу, тем зима длительная и холоднее. Чем ближе к тропика, тем продолжительнее и теплее лето. Умеренные пояса со стороны полюсов ограничивает изотерма теплого месяца 10 0 С. Она является пределом распространения лесов.
Холодные пояса (Северный и южный) обоих полушарий лежат между изотермами 10 0 С и 0 0 С самого теплого месяца. Солнце там зимой по несколько месяцев не появляется над горизонтом. А летом, хотя и не заходит за горизонт месяцы, однако стоит очень низко над горизонтом. Его лучи лишь скользят по поверхности Земли и нагревают ее слабо. Поверхность Земли не только нагревает, но и охлаждает воздух. Поэтому температуры воздуха там низкие. Зимы холодные и суровые, а лето короткое и прохладное.
Два пояса вечного холода ( северный и южный) оконтурюються изотермой с температурами всех месяцев ниже 0 0 С. Это царство вечных с нигив и льда.
Итак, нагрева и освещения каждой местности зависит от положения в тепловом поясе, то есть — от географической широты. Чем ближе к экватору, тем больший угол падения солнечных лучей, тем сильнее нагревается поверхность и высокая температура воздуха. И наоборот, с удалением от экватора к полюсам угол падения лучей уменьшается, соответственно температура воздуха снижается.
Важно помнить, что линии тропиков и полярных кругов за пределы тепловых поясов принимаются условно. Поскольку в действительности температура воздуха определяется еще и рядом других условий.
Рис. Тепловые пояса Земли
Вопросы и задачи
1. Почему высота Солнца в течение года меняется?
2. Какой полушарием будет обращена к Солнцу Земля, когда в Украине: а) на севере 22 июня; б) полдень 22 декабря?
3. Где средняя годовая температура воздуха будет выше: в Сингапуре или Париже?
4. Почему средние годовые температуры снижаются от экватора к полюсам?
5. В каких тепловых поясах находятся материки Африка, Австралия, Антарктида, Северная Америка, Евразия?
6. В каком тепловом поясе расположена территория Украины?
7. Найдите на карте полушарий город, если известно, что оно находится на 43 0 зх . д. и полдень 22 декабря Солнце там бывает над головой.
Источник
Угол наклона Солнца
Количество солнечной энергии, попадающее на любой участок земной поверхности, зависит от угла наклона Солнца. По этой причине разные времена года характеризуются разными температурами, а полярные области холоднее экваториальных. Давайте рассмотрим, почему угол наклона Солнца так важен, и как его изменение воздействует на земной климат.
Данный график демонстрирует зависимость положения Солнца от времени года
Чтобы понять, почему некоторые части Земли получают меньше энергии, представим себе фонарик, направленный перпендикулярно на лист бумаги. Свет исходит из фонарика и образует на бумаге круг. В этом случае свет имеет одинаковую концентрацию везде в пределах этого круга. Теперь наклоним бумагу так, чтобы свет фонарика создал на нём большой эллипс. Объём испускаемой энергии остался тем же, но теперь он распределяется на большую площадь. Каждый квадратный сантиметр, таким образом, получает меньше энергии.
Применим эту аналогию к Земле. Когда Солнце находится прямо над головой, как в тропиках, квадратный метр поверхности получает максимум энергии. Это повышает температуру. На полярные области лучи Солнца падают под острым углом, поэтому тот же объём энергии распределяется на гораздо большую площадь.
Во время лета в северном полушарии Солнце находится максимально высоко в небе, и мы получаем наибольший объём энергии. Но зимой солнечные лучи падают менее отвесно, поэтому мы получаем меньше энергии. То есть смена времён года происходит благодаря изменениям угла наклона Солнца, а если точнее, то изменению наклона Земли по отношению к Солнцу.
Источник
АЗИМУТ И ВЫСОТА СОЛНЦА НАД ГОРИЗОНТОМ
Высота Солнца над горизонтом – величина непостоянная. В течение дня из-за вращения Земли она проходит путь от 0 до 90 градусов и обратно через фазы восхода, зенита и заката. Но это если наблюдать за нашим светилом из своего города. В масштабах планеты угол, под которым его лучи падают на поверхность Земли в разных регионах, влияют как на климатические условия, так и на продолжительность времени суток.
На ледяных полюсах лучи солнечного света едва касаются нашей планеты. Там очень холодно, а день и ночь длятся по полгода и называются полярными. А вот жаркому экватору достается больше всего солнечного света, который падает туда под прямым углом. В тех краях и климат намного приятнее, и день с ночью имеют практически одинаковую продолжительность. Эти наблюдения подтверждают простой факт: чем выше Солнце, тем больше тепла и света оно дает, а его высота над горизонтом равна углу падения его лучей.
Еще один способ следить за перемещением нашей звезды на небе – это вычисление ее азимута. Сделать это можно с помощью онлайн-калькуляторов для любой точки Земли, например, для Москвы. Понадобятся лишь дата и время. Скажем, в полдень 15-го июня 2018-го года азимут и высота Солнца над горизонтом в Москве составляли 167,29 и 57,08 градуса соответственно.
Вычисление времени восхода и захода в цифровую эру тоже стало делом нескольких кликов. В той же Москве 22-го декабря 2018-го года Солнце встало только в 8:57, а зашло за горизонт уже в 15:58, подарив москвичам лишь семь часов светового дня.
Декабрь — это вообще месяц самых длинных ночей в Северном полушарии, а 22-ое декабря — это дата зимнего солнцестояния, самого короткого дня и самой долгой ночи в году для этой части света. Всему виной опять же высота Солнца над горизонтом. Зимой и особенно в декабре ее значения самые низкие за весь год.
Источник
Положение Солнца — Position of the Sun
Положение Солнца в небе является функцией как времени и географического расположения наблюдений на земной поверхности «s. Как околоземные орбиты на Солнце на протяжении более года , Солнце , кажется, двигаться по отношению к неподвижным звездам на небесной сфере , по круговой траектории , называемой эклиптикой .
Вращение Земли вокруг своей оси вызывает суточное движение , так что кажется, что Солнце движется по небу по пути Солнца, который зависит от географической широты наблюдателя . Время, когда Солнце проходит через меридиан наблюдателя, зависит от географической долготы .
Таким образом, чтобы найти положение Солнца в данном месте в данный момент времени, можно проделать следующие три шага:
- вычислить положение Солнца в эклиптической системе координат ,
- преобразовать в экваториальную систему координат , и
- преобразовать в горизонтальную систему координат для местного времени и местоположения наблюдателя.
СОДЕРЖАНИЕ
Примерное положение
Эклиптические координаты
Эти уравнения из Астрономического альманаха можно использовать для расчета видимых координат Солнца , среднего равноденствия и эклиптики даты с точностью около 0 ° 0,01 (36 дюймов) для дат между 1950 и 2050 годами. закодированы в подпрограмму Fortran 90 в Ref. и используются для расчета зенитного угла Солнца и солнечного азимута в наблюдаемом с поверхности Земли.
Начните с вычисления n — количества дней (положительных или отрицательных, включая дробные дни) с полудня по Гринвичу по земному времени 1 января 2000 года ( J2000.0 ). Если известна юлианская дата нужного времени, то
п знак равно J D — 2451545,0 <\ displaystyle n = \ mathrm 
Средняя долгота Солнца, с поправкой на аберрации света , является:
L знак равно 280 460 ∘ + 0,9856474 ∘ п <\ displaystyle L = 280,460 ^ <\ circ>+0.9856474 ^ <\ circ>n>
Средняя аномалия Солнца ( на самом деле, Земли по своей орбите вокруг Солнца, но это удобно делать вид Солнца вокруг Земли), является:
грамм знак равно 357 528 ∘ + 0,9856003 ∘ п <\ displaystyle g = 357,528 ^ <\ circ>+0,9856003 ^ <\ circ>n>
Задайте и в диапазоне от 0 ° до 360 °, добавляя или вычитая кратные 360 ° по мере необходимости. L <\ displaystyle L> грамм <\ displaystyle g>
λ знак равно L + 1,915 ∘ грех грамм + 0,020 ∘ грех 2 грамм <\ displaystyle \ lambda = L + 1,915 ^ <\ circ>\ sin g + 0,020 ^ <\ circ>\ sin 2g>
β знак равно 0 <\ displaystyle \ beta = 0> ,
поскольку эклиптическая широта Солнца никогда не превышает 0,00033 °,
а расстояние от Солнца до Земли в астрономических единицах равно:
р знак равно 1.00014 — 0,01671 потому что грамм — 0,00014 потому что 2 грамм <\ Displaystyle R = 1.00014-0.01671 \ cos g-0.00014 \ cos 2g> .
Наклон эклиптики
Если угол наклона эклиптики нигде не получен, его можно приблизительно определить:
ϵ знак равно 23 439 ∘ — 0,0000004 ∘ п <\ displaystyle \ epsilon = 23,439 ^ <\ circ>-0,0000004 ^ <\ circ>n>
Экваториальные координаты
λ <\ displaystyle \ lambda> , и образуют полное положение Солнца в эклиптической системе координат . Это может быть превращено в экваториальной системе координат пути вычисления наклонения эклиптики , и продолжает: β <\ displaystyle \ beta> р <\ displaystyle R> ϵ <\ displaystyle \ epsilon>
α знак равно арктан ( потому что ϵ загар λ ) <\ Displaystyle \ альфа = \ arctan (\ соз \ эпсилон \ загар \ лямбда)> , где находится в том же квадранте, что и , α <\ displaystyle \ alpha> λ <\ displaystyle \ lambda>
Чтобы получить RA в правом квадранте в компьютерных программах, используйте функцию Arctan с двойным аргументом, такую как ATAN2 (y, x)
α знак равно арктан 2 ( потому что ϵ грех λ , потому что λ ) <\ Displaystyle \ альфа = \ arctan 2 (\ соз \ эпсилон \ грех \ лямбда, \ соз \ лямбда)>
δ знак равно Arcsin ( грех ϵ грех λ ) <\ Displaystyle \ дельта = \ arcsin (\ грех \ эпсилон \ грех \ лямбда)> .
Прямоугольные экваториальные координаты
Правые прямоугольные экваториальные координаты в астрономических единицах равны:
Икс знак равно р потому что λ <\ displaystyle X = R \ cos \ lambda> Y знак равно р потому что ϵ грех λ <\ Displaystyle Y = R \ соз \ эпсилон \ грех \ лямбда> Z знак равно р грех ϵ грех λ <\ Displaystyle Z = р \ грех \ эпсилон \ грех \ лямбда> Где ось находится в направлении мартовского равноденствия , ось — в сторону июньского солнцестояния , а ось — в направлении северного полюса мира . Икс <\ displaystyle X> Y <\ displaystyle Y> Z <\ displaystyle Z>
Горизонтальные координаты
Склонение Солнца с Земли
Обзор
Солнце, кажется, движется на север во время северной весны , пересекая небесный экватор в мартовское равноденствие . Его склонение достигает максимума, равного углу наклона оси Земли (23,44 °) во время июньского солнцестояния , затем уменьшается до минимума (-23,44 °) во время декабрьского солнцестояния , когда его значение является отрицательным для наклона оси. Эта вариация порождает времена года .
Линейный график склонения Солнца в течение года напоминает синусоиду с амплитудой от 23,44 °, а одна лопасти волны на несколько дней дольше , чем другие, среди других отличий.
Следующие явления произошли бы, если бы Земля была идеальной сферой , вращающейся по круговой орбите вокруг Солнца, и если бы ее ось была наклонена на 90 °, так что сама ось находилась в плоскости орбиты (аналогично Урану ). На одну дату в год, Солнце будет прямо над головой на Северный полюс , поэтому его склонение будет + 90 °. В течение следующих нескольких месяцев подсолнечная точка будет двигаться к Южному полюсу с постоянной скоростью, пересекая круги широты с постоянной скоростью, так что склонение Солнца будет линейно уменьшаться со временем. В конце концов, Солнце окажется прямо над Южным полюсом со склонением -90 °; тогда он начнёт двигаться на север с постоянной скоростью. Таким образом, график солнечного склонения, если смотреть с этой сильно наклоненной Земли, будет напоминать треугольную волну, а не синусоидальную волну, зигзагообразную между плюсами и минусами 90 °, с линейными сегментами между максимумами и минимумами.
Если осевой наклон на 90 ° уменьшается, то абсолютные максимальное и минимальное значения наклона уменьшатся, чтобы равняться осевому наклону. Кроме того, формы максимумов и минимумов на графике станут менее острыми, изогнувшись, чтобы напоминать максимумы и минимумы синусоидальной волны. Однако даже когда осевой наклон равен наклону реальной Земли, максимумы и минимумы остаются более острыми, чем у синусоидальной волны.
На самом деле, орбита Земли является эллиптической . Земля движется вокруг Солнца около перигелия в начале января быстрее , чем около афелия в начале июля. Это заставляет процессы, подобные изменению солнечного склонения, происходить в январе быстрее, чем в июле. На графике это делает минимумы более острыми, чем максимумы. Кроме того, поскольку перигелий и афелий не происходят в точные даты солнцестояний, максимумы и минимумы слегка асимметричны. Темпы изменений до и после не совсем равны.
Поэтому график видимого склонения Солнца по-разному отличается от синусоидальной волны. Как показано ниже, его точное вычисление связано с некоторыми трудностями.
Расчеты
Наклонение Солнца , δ ☉ , — это угол между лучами Солнца и плоскостью экватора Земли. Наклон оси Земли ( астрономы называют ее наклоном эклиптики ) — это угол между осью Земли и линией, перпендикулярной орбите Земли. Наклон оси Земли медленно меняется в течение тысяч лет, но его текущее значение ε = 23 ° 26 ‘почти постоянно, поэтому изменение солнечного склонения в течение одного года почти такое же, как и в течение следующего года.
Во время солнцестояний угол между лучами Солнца и плоскостью экватора Земли достигает максимального значения 23 ° 26 ‘. Следовательно, δ ☉ = + 23 ° 26 ‘в день северного летнего солнцестояния и δ ☉ = -23 ° 26′ в период южного летнего солнцестояния.
В момент каждого равноденствия центр Солнца, кажется, проходит через небесный экватор , а δ ☉ равно 0 °.
Склонение Солнца в любой момент рассчитывается по формуле:
δ ⊙ знак равно Arcsin [ грех ( — 23,44 ∘ ) ⋅ грех ( E L ) ] <\ displaystyle \ delta _ <\ odot>= \ arcsin \ left [\ sin \ left (-23,44 ^ <\ circ>\ right) \ cdot \ sin \ left (EL \ right) \ right]>
где EL — долгота эклиптики (по сути, положение Земли на ее орбите). Поскольку эксцентриситет земной орбиты невелик, ее орбиту можно аппроксимировать как круг, что вызывает ошибку до 1 °. Приближение круга означает, что EL будет на 90 ° впереди солнцестояний на орбите Земли (в дни равноденствия), так что sin (EL) можно записать как sin (90 + NDS) = cos (NDS), где NDS — количество дни после декабрьского солнцестояния. Также используя приближение, что arcsin [sin (d) · cos (NDS)] близко к d · cos (NDS), получается следующая часто используемая формула:
δ ⊙ знак равно — 23,44 ∘ ⋅ потому что [ 360 ∘ 365 ⋅ ( N + 10 ) ] <\ displaystyle \ delta _ <\ odot>= — 23,44 ^ <\ circ>\ cdot \ cos \ left [<\ frac <360 ^ <\ circ>> <365>> \ cdot \ left (N + 10 \ right )\верно]>
где N — день года, начинающийся с N = 0 в полночь по всемирному времени (UT), когда начинается 1 января (т.е. часть дней в порядковой дате -1). Число 10 в (N + 10) — это приблизительное количество дней после декабрьского солнцестояния до 1 января. Это уравнение переоценивает склонение около сентябрьского равноденствия до + 1,5 °. Аппроксимация синусоидальной функции сама по себе приводит к ошибке до 0,26 ° и не рекомендуется для использования в приложениях солнечной энергии. Формула Спенсера 1971 года (основанная на ряде Фурье ) также не рекомендуется из-за ошибки до 0,28 °. Дополнительная ошибка до 0,5 ° может возникнуть во всех уравнениях для равноденствий, если не использовать десятичный разряд при выборе N для корректировки времени после полуночи UT для начала этого дня. Таким образом, приведенное выше уравнение может иметь погрешность до 2,0 °, что примерно в четыре раза больше угловой ширины Солнца, в зависимости от того, как оно используется.
Склонение можно более точно рассчитать, если не делать двух приближений, используя параметры орбиты Земли для более точной оценки EL:
δ ⊙ знак равно Arcsin [ грех ( — 23,44 ∘ ) ⋅ потому что ( 360 ∘ 365,24 ( N + 10 ) + 360 ∘ π ⋅ 0,0167 грех ( 360 ∘ 365,24 ( N — 2 ) ) ) ] <\ displaystyle \ delta _ <\ odot>= \ arcsin \ left [\ sin \ left (-23,44 ^ <\ circ>\ right) \ cdot \ cos \ left (<\ frac <360 ^ <\ circ>> < 365,24>> \ left (N + 10 \ right) + <\ frac <360 ^ <\ circ>> <\ pi>> \ cdot 0,0167 \ sin \ left (<\ frac <360 ^ <\ circ>> <365,24 >> \ left (N-2 \ right) \ right) \ right) \ right]>
который можно упростить, оценив константы до:
δ ⊙ знак равно — Arcsin [ 0,39779 потому что ( 0,98565 ∘ ( N + 10 ) + 1,914 ∘ грех ( 0,98565 ∘ ( N — 2 ) ) ) ] <\ displaystyle \ delta _ <\ odot>= — \ arcsin \ left [0,39779 \ cos \ left (0,98565 ^ <\ circ>\ left (N + 10 \ right) +1,914 ^ <\ circ>\ sin \ left ( 0,98565 ^ <\ circ>\ left (N-2 \ right) \ right) \ right) \ right]>
N — количество дней с полуночи UT, когда начинается 1 января (т. Е. Часть дней в порядковой дате -1), и может включать десятичные дроби для корректировки на местное время позже или раньше в течение дня. Число 2 в (N-2) — это приблизительное количество дней до перигелия Земли после 1 января . Число 0,0167 — текущее значение эксцентриситета орбиты Земли. Эксцентриситет очень медленно меняется во времени, но для дат, довольно близких к настоящему, его можно считать постоянным. Наибольшие ошибки в этом уравнении составляют менее ± 0,2 °, но менее ± 0,03 ° для данного года, если число 10 корректируется в большую или меньшую сторону в дробных днях, в зависимости от того, насколько далеко декабрьское солнцестояние предыдущего года произошло до или после. полдень 22 декабря. Эти точности сравниваются с продвинутыми расчетами NOAA, которые основаны на алгоритме Жана Миуса 1999 года с точностью до 0,01 °.
(Приведенная выше формула связана с достаточно простым и точным вычислением уравнения времени , которое описано здесь .)
Более сложные алгоритмы корректируют изменения эклиптической долготы, используя термины в дополнение к поправке на эксцентриситет 1-го порядка, описанной выше. Они также исправляют наклон 23,44 °, который очень незначительно меняется со временем. Поправки также могут включать влияние Луны на смещение положения Земли от центра орбиты пары вокруг Солнца. После определения склонения относительно центра Земли применяется дополнительная поправка на параллакс , которая зависит от расстояния наблюдателя от центра Земли. Эта поправка меньше 0,0025 °. Погрешность вычисления положения центра Солнца может быть менее 0,00015 °. Для сравнения, ширина Солнца около 0,5 °.
Атмосферная рефракция
Вышеописанные расчеты склонения не включают эффекты преломления света в атмосфере, из-за которых видимый угол возвышения Солнца, видимый наблюдателем, оказывается выше фактического угла возвышения, особенно при малых возвышениях Солнца. Например, когда Солнце находится на высоте 10 °, кажется, что оно находится под углом 10,1 °. Наклонение Солнца может использоваться вместе с его прямым восхождением для расчета его азимута, а также его истинного возвышения, которое затем может быть скорректировано на преломление, чтобы определить его видимое положение.
Уравнение времени
В дополнение к ежегодному колебанию видимого положения Солнца с севера на юг, соответствующему описанному выше изменению его склонения, существует также меньшее, но более сложное колебание в направлении восток-запад. Это вызвано наклоном оси Земли, а также изменениями скорости ее орбитального движения вокруг Солнца, вызванными эллиптической формой орбиты. Основными эффектами этого колебания с востока на запад являются изменения во времени таких событий, как восход и закат, а также в чтении солнечных часов по сравнению с часами, показывающими местное среднее время . Как показано на графике, солнечные часы могут быть быстрее или медленнее примерно на 16 минут по сравнению с часами. Поскольку Земля вращается со средней скоростью в один градус каждые четыре минуты относительно Солнца, это 16-минутное смещение соответствует сдвигу на восток или запад примерно на четыре градуса видимого положения Солнца по сравнению с его средним положением. Смещение на запад заставляет солнечные часы опережать время.
Поскольку основной эффект этого колебания касается времени, его называют уравнением времени , используя слово «уравнение» в несколько архаичном смысле, означающем «исправление». Колебания измеряются в единицах времени, минутах и секундах, что соответствует количеству, на которое солнечные часы опережают часы. Уравнение времени может быть положительным или отрицательным.
Аналемма
Аналемма представляет собой диаграмма , которая показывает годовые изменения положения Солнца на небесной сфере , относительно среднего положения, как видно из фиксированного места на Земле. (Слово аналемма также иногда, но редко, используется в других контекстах.) Его можно рассматривать как изображение видимого движения Солнца в течение года , которое напоминает восьмерку. Аналемму можно изобразить, наложив фотографии, сделанные в одно и то же время дня с разницей в несколько дней в течение года .
Аналемму также можно рассматривать как график склонения Солнца , обычно отображаемый вертикально, против уравнения времени , нанесенного горизонтально. Обычно масштабы выбираются так, чтобы равные расстояния на диаграмме представляли равные углы в обоих направлениях на небесной сфере. Таким образом, 4 минуты (точнее 3 минуты 56 секунд) в уравнении времени представлены таким же расстоянием, как 1 ° в склонении , поскольку Земля вращается со средней скоростью 1 ° каждые 4 минуты относительно Солнца. .
Аналемма нарисована так, как если бы наблюдатель смотрел вверх на небе. Если вверху показан север , то справа — запад . Обычно это делается даже тогда, когда аналемма отмечена на географическом глобусе , на котором континенты и т. Д. Показаны с запада влево.
Некоторые аналеммы отмечены, чтобы показать положение Солнца на графике в разные даты с интервалом в несколько дней в течение года. Это позволяет аналемме , которые будут использоваться , чтобы сделать простые аналоговые вычисления величин , такими как время и азимуты от восхода и захода солнца . Аналеммы без даты используются для корректировки времени, показываемого солнечными часами .
Источник