Время восхода солнца определение

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

Восход и заход Солнца. Время восхода и захода Солнца

Восход и заход Солнца — ежедневные явления, которыми можно наслаждаться вечно. Воспринимая как должное, редко интересуешься, по какому алгоритму происходит движение небесного светила, что влияет на траекторию, почему случаются необычные вещи: полярные дни и ночи, северное сияние или затмение.

Возникновение заката и восхода небесного светила

Земля находится в постоянном движении как вокруг солнца, так и вокруг своей оси. Раз в сутки, за исключением полярных широт, можно наблюдать, как огненный шар исчезает за горизонтом и вновь там появляется через день, но уже с другой стороны. Восход и закат солнца — это время, когда «горящий» диск небесного светила исчезает из поля зрения, а крайняя верхняя точка полностью скрывается либо появляется (в момент рассвета).

Есть понятие «границы дня и ночи». Этот параметр существенно влияет на зенит. Последнее означает линию, направленную из точки на поверхность земли перпендикулярно ей. Зенитный угол — это расстояние между направлением луча к центру земли и вертикалью. В зависимости от размера угла можно сказать, взошло ли солнце полностью. То же самое определяет конец сумерек и начало ночи.

В астрономии есть понятие сумерек:

1. Для высоких широт зимой и летом солнце может не заходить и не всходить. Сумерки считаются нулевыми.
2. Продолжительность дня в таких широтах будет обозначаться либо 24 часа, либо 00 часов.
3. Сумерки длятся от 15-25 минут в разных точках земли.

Следует вывод: сумерки имеют начало и конец. Их продолжительность зависит от положения солнца на закате. Если бы земля не имела атмосферы, а солнце было точкой, зенитный угол равнялся бы 90 градусам. Так как солнце не имеет углового диаметра, свет отражается твердыми частицами. Поэтому верхний край диска зависит от движения центра светила. При нормальной атмосфере угол в 90 градусов преобразуется в прямую за 50 минут. Соответственно, если закат начинался бы с уменьшения прямого угла, сумерки длились бы дольше.

Как только солнце скрылось за горизонтом, начинается второй этап сумерек — гражданский вид. Угол зенита составляет меньше 96 градусов к противоположной стороне полушария. Дальше угол увеличивается до 102 градусов. Это навигационные сумерки. Все еще светло, на воде видна линия горизонта. Потом наступают астрономические сумерки: угол составляет 108 градусов, а видимость объектов становится слабой.

Важно! Такие алгоритмы расчетов не подходят для тех городов, где время не сменяется летним и зимним. Также не будет верным результат, например, для Новой Зеландии. Летнее время действует с мая по сентябрь. Поэтому время восхода и захода солнца везде разное.

Почему солнце становится красным?

Восход и заход солнца создают оптический эффект. Лучи солнца освещают земную поверхность, окрашивая небосвод в разные краски. На рассвете мы видим больше нежные оттенки красного, желтого. На заходе преобладают красные и бордовые цвета.

Дело в том, что к вечеру поверхность земли прогревается, влажность уменьшается, и скорость потоков воздуха увеличивается. Разница цветовой гаммы зависит от местности:

1. На равнинной местности закат будет не таким насыщенным.
2. Вдоль берегового горизонта — ярче.
3. А в северных широтах — красочнее, но не таким ярким.

Диск солнца находится далеко от горизонта. Лучи отражаются от поверхности. В западной части горизонта краски не такие яркие. Они оранжевые, красные или желтые.

Чем ближе к горизонту, тем больше красного цвета мы видим. По обе стороны от него проходит золотистая кромка. Над зарей виднеется сияние. С другой стороны земли на небосводе появляется голубоватый оттенок. Это тень Земли. Над ней сегмент небосвода окрашивается в пепельный цвет — Пояс Венеры. Возникает над горизонтом на уровне 10 до 20°.

Интересно! Красные лучи солнца самые длинные, их заметно даже на закате. Желтые и белые лучи самые короткие, поэтому их не видно, когда солнце заходит за горизонт.

Как влияет фаза луны?

Луна не всегда предстает в виде полного диска. Сначала она выглядит, как полумесяц, затем начинает увеличиваться. Когда она становится вновь полной, уменьшается. Этот процесс затрагивает несколько фаз, образуя цикл длинной в 29,5 суток:

1. Первая фаза — площадь освещенного диска меньше половины всего диска луны.
2. Вторая фаза — конец новолуния и переход к полнолунию.
3. Третья фаза характеризуется появлением полного диска.
4. Четвертая фаза — завершающая стадия полнолуния, переходящая в новолуние.

Восходы солнца и луны связаны между собой. Поверхность спутника отражает солнечный свет, показывая амплитуду движения вокруг Земли.

Расчет восхода и захода солнца

Чтобы посчитать, когда встает и садится солнце, физики-астрономы используют формулу с учетом склонения небесного светила. Значение широты можно узнать по карте мира, а высоту полюса — согласно географической широте (одно значение).

• где t — часовой угол,
• f — широта,
• d — склонение.

0.0148 (это синус 51′) — вклад от рефракции и размера диска. Если бы его не было, формула была бы гораздо красивее, в правой части было бы: tg(f)*tg(d) *.

Итак, в предельном случае, когда день равен ночи во время солнцестояния, очевидно: t равен 6 часов (90°), cos(t) = 0. Получаем простое уравнение: sin(f)*sin(-23.5°) = -0.0148, откуда f = 2.1° (примерно). На этой широте 21 декабря день равен ночи, то есть 12 часам.

Сейчас график восхода и захода солнца можно узнать, скачав специальное приложение, обратившись к календарным источникам. В Интернете также доступны разные варианты подсчетов, упрощенные и развернутые, причем с учетом поправок, движения солнца и места нахождения человека. Восход и заход солнца — интересные явления, но и, помимо этого, в мире остается много загадок, научность которых разбивается о реалии восприятия информации.

Почему длина дня разная?

Когда на первых полосах «Тихого Дона» появилась информация о времени захода и восхода солнца, возникали вопросы у читателей. Например, почему долгота дня отличается от той, что заявлена в календарях?

Долгота дня — период между восходом и заходом солнца. Но не всегда можно посчитать даже примерное время этого процесса. Дело в том, что угол склонения светила имеет определенное значение. Он влияет на сезонные изменения в погоде, долготу дня. Восход и заход солнца определяет, сколько часов будет день, сколько — ночь. Зимой ночь длиннее, летом — день.

А вот географическая широта влияет на продолжительность светового дня. Чем дальше от экватора, тем меньше день зимой и больше — летом.

Вот простой пример:

Москва находится приблизительно на 55 о с. ш. (северной широты), станица Вешенская — 49 о с. ш., а Ростов-на-Дону — 47 о с. ш. Долгота дня в зависимости от широты меняется так: в один и тот же день, 22 января, в Москве она составляет 8 ч. 01 мин., в ст.Вешенской — 8 ч. 54 мин., а в Ростове-на-Дону — 9 ч. 10 мин.

Летом все наоборот: в то время когда на юге России в конце июня долгота дня равна 15 часам, в Санкт-Петербурге она доходит до 18 часов, т.е. чем дальше на север, тем длиннее летний день.

Наибольшая долгота дня бывает в день летнего солнцестояния (приблизитеьно 22 июня), а наименьшая — в день зимнего солнцестояния (примерно 22 декабря).

По поводу календарей можно сказать одно: в них в основном печатают долготу дня для широты приблизительно 55-56 о . Это широта Москвы. А в газете «Тихий Дон» указывается долгота дня именно для Вешенской. Поэтому цифры и разнятся.

Интересные факты: полярные дни, равноденствия, северное сияние

Кроме графика восхода и захода солнца, непостоянности движения световых лучей, есть много интересных фактов о небесных телах. Недавно астрономы решили показать, как выглядит Земля с луны. И вот, что получилось:

Восход Земли — привычное дело для гостей спутника луны. А знали ли вы, что:

1. Марсоход Spirit запечатлел закат на Марсе. Он удивительно красив в сине-серых оттенках.
2. Северное сияние бывает не только на Земле. На Юпитере оно будет окрашено в фиолетовый цвет.
3. В Мурманске неизбежны полярные ночи. На Аляске за полярные дни вырастает около тонны крупных тыкв.
4. Самая короткая полярная ночь длится 2 дня (на широте Северного полушария). Самая длинная — на Южном полюсе. Длится она почти полгода.

Все научные исследования, о которых известно человечеству, не покрывает даже 1 % знаний о космосе, планетах и их поведении во Вселенной. Какие еще тайны хранит Земля, как долго будет светить Солнце и сколько запасов энергии есть у нашей галактики?

Источник