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
Дневное время — Daytime
На Земле , в дневное время является период дня , в течение которого данное место испытывает естественное освещение от прямого солнечного света . Дневное время наступает, когда Солнце появляется над местным горизонтом , то есть в любой точке полушария земного шара, обращенной к Солнцу. Под прямыми солнечными лучами движение солнца можно регистрировать и наблюдать с помощью солнечных часов, отбрасывающих тень, медленно движущуюся в течение дня. Другие планеты и естественные спутники, которые вращаются относительно светящегося первичного тела , такого как местная звезда , также видят дневное время, но в этой статье в первую очередь обсуждается дневное время на Земле.
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристики
Примерно половина Земли в любой момент освещена Солнцем . Площадь, подверженная прямому освещению, составляет почти половину планеты; но из-за атмосферных и других эффектов, которые расширяют область действия непрямого освещения, площадь планеты, покрытая прямым или непрямым освещением, составляет чуть больше половины ее поверхности.
Полушарие переживающего дня Земли в любом данный момент времени непрерывно изменяется , как планета вращается вокруг своей собственной оси. Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты вокруг Солнца (которая параллельна направлению солнечного света), поэтому продолжительность дневного периода варьируется от одной точки на планете к другой. Кроме того, поскольку ось вращения относительно неподвижна по сравнению со звездами, она перемещается относительно Солнца, когда планета вращается вокруг звезды. Это создает сезонные колебания продолжительности дневного периода в большинстве точек на поверхности планеты.
Период дневного времени с точки зрения поверхностного наблюдателя примерно определяется как период между восходом солнца , когда вращение Земли на восток сначала вызывает появление диска Солнца над горизонтом, и до заката , когда продолжающееся вращение Земли вызывает Диск Солнца исчезнет за горизонтом на западе. Поскольку Солнце представляет собой светящийся диск, если смотреть с Земли, а не точечный источник света, восход и закат не являются мгновенными, и их точное определение может варьироваться в зависимости от контекста. Кроме того, атмосфера Земли дополнительно изгибает и рассеивает свет от Солнца и удлиняет период восхода и захода солнца. В течение определенного периода после захода солнца и до восхода солнца непрямой свет Солнца освещает небо на Земле; этот период часто называют сумеречным . Некоторые группы, такие как земные астрономы, не считают, что дневное время действительно закончилось, пока диск Солнца не окажется значительно ниже горизонта Земли, из-за этого непрямого освещения.
Дневные вариации в зависимости от широты и времен года
Учитывая, что собственная ось вращения Земли наклонена на 23,44 ° к линии, перпендикулярной ее орбитальной плоскости , называемой эклиптикой , продолжительность дня меняется в зависимости от времен года на поверхности планеты в зависимости от широты наблюдателя . Области, наклоненные к Солнцу, переживают лето . Их наклон в стороне приводит Sun более чем половина дня , видя дневной свет и более высоких температуры, благодаря более высокой прямоте солнечных лучей, более длительному периоду самого дня, и меньше поглощения от солнечного света в атмосфере . Хотя увеличение дневного света может в некоторой степени повлиять на повышение температуры летом, в большинстве случаев повышение температуры происходит из-за прямого солнечного света, а не из-за увеличения дневного света. Высокие углы (около зенита ) Солнца заставляют тропики быть теплыми, в то время как низкие углы (чуть выше горизонта) заставляют полярные регионы быть холодными. Незначительное влияние светового дня на среднюю сезонную температуру можно увидеть на полюсах и в тропических регионах. Полюса по-прежнему остаются холодными в течение соответствующего лета, несмотря на то, что в течение шести месяцев здесь световой день 24 часа, а на экваторе остается тепло круглый год, при этом световой день длится всего 12 часов.
Хотя продолжительность дня на экваторе остается 12 часов во все сезоны, продолжительность на всех других широтах меняется в зависимости от времени года. Зимой световой день длится менее 12 часов; летом он длится более 12 часов. Северная зима и южное лето совпадают, тогда как северное лето и южная зима совпадают.
На экваторе
На экваторе дневной период всегда длится около 12 часов, независимо от времени года. Если смотреть с экватора, Солнце всегда восходит и заходит по вертикали, следуя за видимый путь почти перпендикулярный к горизонту . Из-за наклона оси Земли Солнце всегда находится в пределах 23,44 ° к северу или югу от небесного экватора , поэтому подсолнечная точка всегда находится в тропиках .
С мартовского равноденствия до сентябрьского равноденствия Солнце встает в пределах 23,44 ° к северу от точного восточного направления и заходит в пределах 23,44 ° к северу от строго западного направления. От сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия Солнце встает в пределах 23,44 ° к югу от точного восточного направления и заходит в пределах 23,44 ° к югу от строго западного направления. Путь лежит Солнца полностью в северной половине из небесной сферы с марта равноденствия до равноденствия сентября, но целиком лежит в южной половине небесной сферы с сентября равноденствие до мартовского равноденствия. В дни равноденствия экваториальное Солнце достигает кульминации в зените , проходя прямо над головой в солнечный полдень .
Тот факт, что экваториальное Солнце всегда так близко к зениту в солнечный полдень, объясняет, почему в тропической зоне находятся самые теплые области на планете в целом. Кроме того, на экваторе самый короткий восход или закат, потому что путь Солнца по небу почти перпендикулярен горизонту. В дни равноденствия солнечный диск проходит через горизонт всего за две минуты (сверху вниз на восходе солнца и снизу вверх на закате).
В тропиках
Тропики занимают зону поверхности Земли между 23,44 ° северной широты и 23,44 ° южной широты от экватора . В пределах этой зоны Солнце будет проходить почти прямо над головой (или достигнуть высшей точки ) по крайней мере один день в году. Линия 23,44 ° северной широты называется тропиком Рака , потому что, когда она была названа, Солнце проходило над этим местом в то время года, когда оно находилось недалеко от созвездия Рака. Эквивалентная линия южной широты по схожим причинам называется тропиком Козерога . Солнце входит и выходит из каждого зодиакального созвездия каждый год чуть позже, примерно на 1 день каждые 72 года. Для получения дополнительной информации см. Прецессию равноденствий .
В тропических кругах Солнце находится прямо над головой только один раз в год, в день соответствующего солнцестояния. На широтах, более близких к экватору, и на самом экваторе, он будет накладываться дважды в год (в дни равноденствия в случае экватора). За пределами тропиков Солнце никогда не проходит прямо над головой.
Вокруг полюсов
Вокруг полюсов, которые совпадают с осью вращения Земли, когда она проходит через поверхность, сезонные изменения продолжительности дня являются экстремальными. Фактически, в пределах 23,44 ° широты полюсов в году будут, по крайней мере, несколько дней, в течение которых солнце никогда не опускается за горизонт. Также будут дни, когда Солнце никогда не поднимается над горизонтом. Это число будет меньше, но близко к количеству летних дней, когда солнце не заходит (например, восход солнца обычно за несколько дней до весеннего равноденствия и продолжается на несколько дней после осеннего равноденствия). Явление большего количества дневного света, чем ночи, характерно не только для полюсов. Фактически, в любой момент времени чуть больше половины Земли находится в дневном свете. Круглосуточный летний световой день известен как полуночное солнце , известное в некоторых северных странах. На севере Полярный круг отмечает эту границу 23,44 °. Южный полярный круг отмечает границу. Эти границы соответствуют 66,56 ° северной или южной широты соответственно. Поскольку небо по-прежнему яркое и звезды не видны, когда солнце находится ниже 6 градусов под горизонтом, 24-часовые ночи со звездами, видимыми все время, случаются только за пределами 73 ° северной или южной широты.
На полюсах и вблизи них Солнце никогда не поднимается очень высоко над горизонтом, даже летом, что является одной из причин того, что в этих регионах мира постоянно холодно в любое время года (другие включают эффект альбедо , относительное усиление отражения солнечного света). солнечное излучение снега и льда). Даже во время летнего солнцестояния, когда Солнце достигает своей наивысшей точки над горизонтом в полдень, оно все еще находится всего на 23,44 ° над горизонтом на полюсах. Кроме того, по мере приближения к полюсам видимый путь Солнца по небу с каждым днем все больше отклоняется от вертикали. С приближением лета Солнце встает и заходит, становясь более северным на севере и более южным на юге. На полюсах путь Солнца действительно представляет собой круг, который находится примерно на одинаковом расстоянии от горизонта в течение всего дневного периода в любой день. Круг постепенно опускается за горизонт по мере приближения зимы и постепенно поднимается над ним по мере приближения лета. На полюсах кажущиеся восходы и заходы солнца могут длиться несколько дней.
На средних широтах
В средних широтах , вдали от экватора и полюсов, продолжительность светового дня умеренная. В более высоких средних широтах, где расположены Монреаль , Париж и Ушуайя , разница в продолжительности дня от лета к зиме может быть очень заметной: летом небо может быть освещено в 22:00, но может быть темным в 17:00. зимой. В более низких средних широтах, где расположены южная Калифорния , Египет и Южная Африка , сезонная разница меньше, но все же приводит к примерно 4-часовой разнице дневного света между зимним и летним солнцестоянием. По мере приближения к экватору разница становится менее заметной. Приблизительное значение месячного изменения можно получить из правила двенадцатых .
Вариации солнечного полудня
Точный момент солнечного полудня , когда Солнце достигает своей наивысшей точки на небе, зависит от времени года. Это изменение называется уравнением времени ; величина изменения составляет около 30 минут в течение года.
Источник