Изменение суточного пути Солнца над горизонтом на разных широтах
Как меняется в наших широтах суточный путь Солнца относительно горизонта от весны к лету и затем к зиме смотри: Видимое движение солнца по эклиптике
Что касается изменений суточного пути Солнца на разных широтах в течение года, то их можно выяснить, изучая рисунок 43. В точке Q Солнце кульминирует в полдень в дни равноденствия, так как в эти дни оно находится на небесном экваторе. В день летнего солнцестояния оно кульминирует на 23°27′ выше, а в день зимнего солнцестояния на 23°27′ ниже (дополните чертеж суточными параллелями Солнца в дни солнцестояния). Суточные пути Солнца над горизонтом в средних широтах показаны на рисунке 45, слева.
Определим теперь, при каком значении угла ф, то есть на какой широте, Солнце может иметь верхнюю кульминацию в зените. Из рисунка 43 ясно, что это возможно на широтах от +23°, 5 до -23°,5 в те дни, когда склонение Солнца равно широте места (угловому расстоянию точки Q небесного экватора от зенита). После подробного рассмотрения вопроса мы убедимся в следующем.
На земном экваторе Солнце, как и все другие небесные светила, всегда восходит и заходит относительно горизонта не наклонно, а отвесно (Рисунок 45). Поэтому там круглый год день равен ночи (горизонт делит суточный путь Солнца пополам), а сумерки бывают очень короткими. Солнце быстро опускается за горизонт. В полдень Солнце бывает в зените два раза в году — в дни равноденствий, когда его склонение равно 0°.
Рисунок 45 — Движение Солнца над горизонтом в разные времена года для наблюдателя, находящегося в средних широтах (слева) и на экваторе Земли (справа).
На Земле есть места, где Солнце только один раз в году бывает в полдень в зените. Это происходит 22 июня на географической широте +23°27′. Эта географическая параллель называется тропиком Рака. В полдень 22 декабря Солнце бывает в зените в местах, расположенных на южной параллели -23°27′, называемой тропиком Козерога.
Свои названия эти географические параллели получили в древности в связи с тем, что Солнце кульминировало в зените на тропиках в пору прохождения им созвездий Рака и Козерога, где находились в то время точки летнего и зимнего солнцестояний. За несколько тысяч лет, прошедших с той поры, эти точки переместились в соседние созвездия Близнецов и Стрельца. По-гречески тропик — поворот. Это название связано с поворотом движения Солнца по отношению к небесному экватору.
На полюсах Земли Солнце, пока оно находится над горизонтом, совпадающим здесь с небесным экватором, ежедневно описывает круги, почти параллельные горизонту. Как мы уже знаем, это продолжается на Северном полюсе Земли полгода, с 21 марта по 23 сентября. Так как с 21 марта по 22 июня Солнце непрерывно поднимается над небесным экватором, переходя из южного полушария неба в северное, мы приходим к следующему заключению.
На Северном полюсе Земли Солнце восходит один раз в году — около 21 марта — и, не заходя в течение полугода, описывает ежедневно полный круг над горизонтом, в то же время поднимаясь на все большую высоту до 22 июня; иначе говоря, Солнце описывает на небе витки очень пологой спирали. С 22 июня по 23 сентября Солнце по такой же спирали постепенно опускается к горизонту и после 23 сентября полгода не показывается над горизонтом. Полгода на полюсе — ночь и полгода — день.
По мере удаления от Северного полюса на юг в году появляется все больше дней, когда Солнце восходит и заходит, но летом все же бывает период, когда много дней подряд оно не заходит, и зимой — ряд дней, когда оно не восходит совсем. Такие явления, в частности нижнюю кульминацию Солнца в полночь, можно наблюдать в СССР в Мурманске и в других пунктах, находящихся севернее северного полярного круга.
Нетрудно убедиться, что на Земле есть такие места, где Солнце только раз в году, именно 22 июня, не заходит, а лишь касается горизонта (в точке севера) в момент своей нижней кульминации (в полночь). 22 декабря, и только в этот день, в этих местах Солнце не восходит, а в полдень лишь касается точки юга, оставаясь под горизонтом. Эти места расположены на Земле на географической параллели 66°33′, называемой северным полярным кругом.
На Южном полюсе Земли наблюдаются те же явления, что и на Северном полюсе: только там полярный день длится с 23 сентября по 21 марта, а ночь — с 21 марта по 23 сентября. На южном полярном круге (66°33′ южной широты) день без восхода Солнца бывает 22 июня, а день без захода Солнца — 22 декабря.
В местностях, расположенных немного южнее северного полярного круга, например в Ленинграде, около 22 июня Солнце ночью опускается под горизонт, но ненадолго и неглубоко. Поэтому его лучи из-под горизонта сильно освещают воздух («белые ночи»).
Из всего сказанного ясно (и это следует твердо запомнить), что время восхода и захода Солнца зависит не только от дня года,’ но и от географической широты, на которой находится наблюдатель. Поэтому время восхода и захода Солнца, указываемое в обычных календарях, может быть верным только для одной какой-либо широты, а не для всей территории СССР.
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
LiveInternetLiveInternet
—Метки
—Музыка
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
—Постоянные читатели
—Сообщества
Движение Солнца на разных широтах
φ = 90° — Северный полюс
Только на полюсе день и ночь длятся по полгода. В день весеннего равноденствия Солнце описывает полный круг по горизонту, затем с каждым днем по спирали поднимается все выше, но не выше 23°27 (в день летнего солнцестояния). После этого виток за витком Солнце опять спускается к горизонту. Его свет многократно отражается ото льдов и торосов. В день осеннего равноденствия Солнце еще раз обходит весь горизонт, и следующие его витки очень постепенно уходят все глубже под горизонт. Заря длится неделями, даже месяцами, перемещаясь на все 360°. Белая ночь постепенно темнеет, и только вблизи дня зимнего солнцестояния становится темно. Это середина полярной ночи. Но Солнце не опускается под горизонт ниже 23°27 Полярная ночь постепенно светлеет и загорается утренняя заря.
φ = 80° — одна из широт Заполярья
Движение Солнца на широте φ = 80° типично для районов, расположенных севернее полярного круга, но южнее полюса. После дня весеннего равноденствия дни очень быстро растут, а ночи укорачиваются, наступает первый период белых ночей — с 15 марта по 15 апреля (1 месяц). Затем Солнце вместо того, чтобы зайти за горизонт, касается его в точке севера и опять поднимается, обходит небо, смещаясь на все 360°. Суточная параллель располагается под небольшим углом к горизонту, Солнце кульминирует над точкой юга и спускается к северу, но не заходит за горизонт и даже не касается его, а проходит выше точки севера и опять совершает очередной суточный виток по небу. Так Солнце поднимается по спирали все выше до дня летнего солнцестояния, который знаменует середину полярного дня. Затем витки суточного движения Солнца спускаются все ниже. Когда Солнце коснется горизонта в точке севера, закончится полярный день, который длился 4,5 месяца (с 16 апреля по 27 августа), наступит второй период белых ночей с 27 августа по 28 сентября. Затем продолжительность ночей быстро нарастает, дни становятся все короче, т.к. точки восхода и захода стремительно смещаются к югу, а дуга суточной параллели над горизонтом укорачивается. В один из дней до дня зимнего солнцестояния Солнце в полдень не поднимается над горизонтом, начинается полярная ночь. Солнце, двигаясь по спирали, уходит все глубже под горизонт. Середина полярной ночи — день зимнего солнцестояния. После него Солнце опять по спирали приближается к экватору. По отношению к горизонту витки спирали наклонены, поэтому при подъеме Солнца к южной части горизонта светает, затем опять темнеет, происходит борьба света и тьмы. С каждым витком дневные сумерки становятся светлее и, наконец, Солнце на миг появляется над южным (!) горизонтом. Этот долгожданный луч означает конец полярной ночи, которая длилась 4,2 месяца с 10 октября по 23 февраля. С каждым днем Солнце все дольше задерживается над горизонтом, описывая все большую дугу. Чем больше широта, тем длиннее полярные дни и полярные ночи, и тем короче между ними период ежесуточной смены дней и ночей. В этих широтах длительные сумерки, т.к. Солнце уходит под горизонт под небольшим углом. В Заполярье Солнце может восходить в любой точке восточного горизонта от севера до юга, и заходить также в любой точке западного горизонта. Поэтому штурман, считающий что Солнце всегда восходит в точке востока и заходит в точке, рискует ошибиться курсом на 90°.
φ = 66°33′ — Северный полярный круг
Широта φ = 66°33′ — предельная широта, отделяющая районы, в которых Солнце каждый день восходит и заходит, от районов, в которых наблюдаются слитые полярные дни и слитые полярные ночи. На этой широте летом точки восхода и захода «широкими шагами» смещаются от точек востока и запада на 90° к северу, так что в день летнего солнцестояния они встречаются в точке севера. Поэтому Солнце, спустившись к северному горизонту, тут же снова поднимается, так что двое суток сливаются в сплошной полярный день (21 и 22 июня). Перед полярным днем и после него наступают периоды белых ночей. Первый — с 20 апреля до 20 июня (67 белых ночей), второй — с 23 июня по 23 августа (62 белые ночи). В день зимнего солнцестояния точки восхода и захода встречаются в точке юга. Между двумя ночами нет дня. Полярная ночь длится двое суток (22, 23 декабря). Между полярным днем и полярной ночью Солнце восходит и заходит каждые сутки, но продолжительность дней и ночей быстро меняется.
φ = 60° — широта Санкт-Петербурга
Знаменитые белые ночи наблюдаются до и после дня летнего солнцестояния, когда «одна заря спешит сменить другую», т.е. Солнце ночами спускается неглубоко под горизонт, так что его лучи освещают атмосферу. Но жители Санкт-Петербурга умалчивают о своих «черных днях», когда Солнце в день зимнего солнцестояния поднимается в полдень всего на 6°33′ над горизонтом. Белые ночи (навигационные сумерки) Санкт-Петербурга особенно хороши в сочетании с его архитектурой и Невой. Они начинаются примерно 11 мая и продолжаются 83 дня до 1 августа. Самое светлое время — середина интервала — около 21 июня. В течение года точки восхода и захода Солнца смещаются по горизонту на 106°. Но белые ночи наблюдаются не только в Санкт-Петербурге, а по всей параллели φ = 60° и севернее вплоть до φ = 90°, южнее φ = 60° белые ночи становятся все короче и темнее. Аналогичные белые ночи наблюдаются в Южном полушарии, но в противоположное время года.
φ = 54°19′ — широта г. Ульяновска
Это широта Ульяновска. Движение Солнца в Ульяновске типично для всех средних широт. Радиус изображенной на рисунке сферы так велик, что по сравнению с ним Земля выглядит точкой (ее символизирует наблюдатель). Географическая широта φ задается высотой полюса над горизонтом, т.е. углом Полюс (Р) — Наблюдатель — Точка Севера (С) в горизонте. В день весеннего равноденствия (21.03) Солнце восходит точно на востоке, поднимается по небу, смещаясь к югу. Над точкой юга — наивысшее положение Солнца в данный день — верхняя кульминация, т.е. полдень, затем оно «по горке» спускается и заходит точно на западе. Дальнейшее движение Солнца продолжается под горизонтом, но наблюдатель этого не видит. В полночь Солнце достигает нижней кульминации под точкой севера, затем снова поднимается к восточному горизонту. В день равноденствия половина суточной параллели Солнца находится над горизонтом (день), половина — под горизонтом (ночь). В следующие сутки Солнце восходит не точно в точке востока, а в точке, немного смещенной к северу, суточная параллель проходит над предыдущей, высота Солнца в полдень больше, чем в предыдущий день, точка захода также смещена к северу. Таким образом, суточная параллель Солнца уже не делится горизонтом пополам: большая ее часть находится над горизонтом, меньшая — под горизонтом. Наступает летняя половина года. Точки восхода и захода все больше смещаются к северу, все большая часть параллели оказывается над горизонтом, полуденная высота Солнца возрастает и в день летнего солнцестояния (21.07 -22.07) в Ульяновске достигает 59°08′. При этом точки восхода и захода смещаются относительно точек востока и запада к северу на 43,5°. После дня летнего солнцестояния суточные параллели Солнца спускаются к экватору. В день осеннего равноденствия (23.09) Солнце опять восходит и заходит в точках востока и запада, проходит по экватору. В дальнейшем Солнце постепенно день за днем спускается под экватор. При этом точки восхода и захода смещаются к югу до дня зимнего солнцестояния (23.12) также на 43,5°. Большая часть параллелей в зимнее время находится под горизонтом. Полуденная высота Солнца уменьшается до 12°14′. Дальнейшее движение Солнца по эклиптике происходит по параллелям, снова приближающимся к экватору, точки восхода и захода возвращаются к точкам востока и запада, дни возрастают, опять наступает весна! Интересно, что в Ульяновске точки восхода смещаются по восточному горизонту на 87°. Точки захода соответственно «гуляют» по западному горизонту. Солнце восходит точно на востоке и заходит точно на западе только два раза в году — в дни равноденствий. Последнее справедливо на всей поверхности Земли, кроме полюсов.
φ = 0° — экватор Земли
Движение Солнца над горизонтом в разные времена года для наблюдателя, находящегося в средних широтах (слева) и на экваторе Земли (справа).
На экваторе Солнце два раза в году проходит через зенит, в дни весеннего и осеннего равноденствий, т.е. на экваторе два «лета», когда у нас весна и осень. День на экваторе всегда равен ночи (по 12 часов). Точки восхода и захода Солнца смещаются от точек востока и запада незначительно, не больше, чем на 23°27′ в сторону юга и на столько же в сторону севера. Сумерек практически нет, жаркий яркий день резко сменяется черной ночью.
φ = 23°27′ — Северный тропик
Солнце круто поднимается над горизонтом, днем очень жарко, затем круто опускается под горизонт. Сумерки короткие, ночи очень темные. Самая характерная особенность состоит в том, что Солнце один раз в году, в день летнего солнцестояния, в полдень достигает зенита.
φ = -54°19′ — широта, соответствующая Ульяновску в Южном полушарии
Так же, как и во всем южном полушарии, Солнце восходит на восточном горизонте и заходит на западном. После восхода Солнце поднимается над северной частью горизонта в полдень, в полночь уходит под южный горизонт. А в остальном движение Солнца происходит аналогично его движению на широте Ульяновска. Движение Солнца в южном полушарии аналогично движению Солнца на соответствующих широтах северного полушария. Отличие состоит только в том, что с востока Солнце движется в сторону северного горизонта, а не южного, кульминирует над точкой севера в полдень и затем также заходит на западном горизонте. Времена годы в северном и южном полушариях противоположны.
φ = 10° — одна из широт жаркого пояса
Движение Солнца на данной широте характерно для всех мест, расположенных между северным и южным тропиками Земли. Здесь Солнце два раза в году проходит через зенит: 16 апреля и 27 августа, с интервалом в 4,5 месяца. Дни очень жаркие, ночи темные, звездные. Дни и ночи мало отличаются по продолжительности, сумерек практически нет, Солнце заходит за горизонт, и сразу становится темно.
Источник