Закат Солнца и восход Солнца. Продолжительность светового дня.
Такие астрономические явления, как закат Солнца и восход Солнца происходят каждый день в разное время и только благодаря вращению вокруг Солнца. В другом случае, небесное светило было бы в постоянном зените, что лишило бы Землю не только восходов и закатов, но и сама жизнь на планете была бы невозможной.
Закат Солнца и восход Солнца
Закатом и восходом называют промежутки времени, когда верхний край Солнца находится на одном уровне с линией горизонта. Траектория прохождения небесного светила отличается в зависимости от того, с какой точки планеты и в какое время года за ней наблюдать. На экваторе Солнце встает перпендикулярно от горизонта и заходит также перпендикулярно, независимо от сезона.
Где восходит Солнце?
Большинство людей знают, что Солнце восходит на востоке и заходит на западе. Однако, это не более, чем обобщение. На самом деле, такое бывает только 2 дня в году – во время весеннего и осеннего равноденствия. В другие дни Солнце восходит с севера на юг. Ежедневно точки, в которых происходит закат Солнца и восход Солнца, незначительно перемещаются. В день летнего солнцестояния оно восходит по максимуму к северо-востоку. Каждый день после этого светило поднимается чуть-чуть южнее. В день осеннего равноденствия Солнце восходит строго на востоке и заходит на западе.
С давних времен люди отслеживали рост и параметры точек восхода и заката с большой детализацией. Таким образом, в древности можно было ориентироваться во времени при помощи зубчатых вершин гор вдоль линии горизонта или при помощи стоячих камней, выстроенных особым образом.
Закат Солнца и восход Солнца – это точки начала и конца светового дня. Важно отметить, что оба эти явления являются всего лишь короткими мгновениями. Сумерки – это временный диапазон, в течение которого день становится ночью или наоборот. Утренними сумерками называется время между рассветом и восходом Солнца, а вечерними – время между заходом и закатом. Продолжительность сумерек на самом деле зависит от местоположения на планете, а также от определенной даты.
Например, в арктических и антарктических широтах зимней ночью никогда не бывает полностью темно. Восходом Солнца является тот момент, когда верхний край Солнца становится видимым над восточным горизонтом утром. Закат — это мгновение, когда задняя кромка Солнца перестает быть видимой и исчезает ниже западного горизонта вечером.
Продолжительность светового дня
Длительность светового дня, и вместе с ним время заката и восхода Солнца, не является постоянной величиной. В северном полушарии летом дни длиннее, а зимой дни становятся короче. Продолжительность дневного времени также уменьшается или увеличивается в зависимости от географической широты, чем она выше, тем короче дни. Как правило, это зимнее время. Интересным фактом является то, что из-за уменьшения скорости вращения Земли, дни становятся немного длиннее с течением времени. Примерно 100 лет назад день в среднем был 1,7 миллисекунду короче, чем сейчас.
Восход — закат Солнца. В чем внешнее различие?
Восходы и закаты выглядят по-разному. Можно ли визуально установить эти различия, если смотреть на то, как солнце возвышается над горизонтом, не зная при этом заканчивается день или только начинается? Итак, существует ли объективный способ отличить эти два похожих явления? Все сумеречные промежутки времени являются симметричными. Это означает, что между ними не существует большой оптической разницы.
Тем не менее два человеческих фактора отрицают их идентичность. Ближе к закату глаза, адаптированные к дневному свету, начинают уставать. Постепенно свет исчезает, небо темнеет, и человек не может адаптироваться так же быстро, как все это происходит. Некоторые оттенки не могут восприниматься в полной мере. На рассвете наблюдается совсем иная ситуация.
Ночная темнота приспосабливает зрение к очень острому и четкому видению, и каждое малозаметное изменение цвета в небе сразу бросается в глаза. Таким образом, больше цветов воспринимается на рассвете, чем в вечерних сумерках. Именно это время из-за ограниченной видимости является наиболее опасным для водителей, поэтому возникает потребность в искусственном освещении. С наступлением сумерек нужно обязательно включать фары.
Источник
Время за которое поднимается солнце
Сначала, о некотором противоречии, на которое часто указывают дотошные любители астрономии. А именно:
в справочниках по астрономии дан видимый диаметр Солнца в 30′,
и в то же время присутствует фраза о том, что свой видимый диаметр Солнце проходит за 4 минуты.
Далее, любители делят число минут в сутках (1440) на 360 градусов и в результате получают 4 минуты. Из чего делается вывод, что видимый диаметр Солнца равен 1 градусу.
На лицо — явное противоречие,- диаметр Солнца равен и 30 минутам и 1 градусу.
Где же правда ?
А правда состоит в том, что видимый диаметр Солнца — это Угол,
под которым Солнце видно с Земли невооруженным глазом.
А время, за которое Солнце проходит свой видимый диаметр —
это Угловая Скорость вращения Земли.
И любая точка небесной сферы, кроме Полюсов, движется с угловой скоростью
1 градус за 4 минуты.
И это просто (или не просто) совпадение, что Солнце проходит свой видимый диаметр тоже за 4 минуты.
Но нельзя из угловой скорости получить видимый диаметр.
Если представить себе, что Земля будет вращаться в два раза быстрее, то Солнце будет проходить свой видимый диаметр уже не за 4, а за 2 минуты.
Но видимый диаметр Солнца останется по прежнему равным 30′.
Теперь о том, за какое же время Солнышко выходит из-за горизонта.
Этот вопрос, почему-то, нигде не рассматривается.
То ли ответ на него слишком очевиден, то ли ответа никто не знает.
То ли — одно из двух, как говорят в Одессе.
Существует масса примеров с формулами расчета Времени Восхода или Заката Солнца,- от справочников по математике до форумов по астрономии.
Но вот относительно скорости Восхода или Заката — полный штиль.
Попытаемся разобраться в этом вопросе.
А разбираться удобнее, расположившись несколько южнее Экватора.
(Можно и севернее, — дело вкуса). Важно, что плоскость движения Солнца перпендикулярна земной оси.
В итоге, приходим к простому геометрическому построению.
Что получается? Солнце действительно проходит свой видимый диаметр за 4 минуты, и это и является Продолжительностью Восхода.
Но, только в одном случае,- если Наблюдатель находится точно на Экваторе.
Тогда Солнце восходит перпендикулярно линии горизонта.
А во всех остальных случаях Солнце восходит под углом, меньшим 90 градусов и за время, большее, чем 4 минуты. Большее на величину delta.
Эту «добавку» легко вычислить из прямоугольного треугольника, образованного линией горизонта, линией движения Солнца и прямой, соединяющей центры Солнца и Земли.
Добавка delta равна разности гипотенузы этого треугольника и радиуса Солнца. Выразив радиус Солнца в минутах (4:2) получим
delta = 2 : COS(угла O) — 2
А угол O — это не что иное, как Широта места наблюдения.
В итоге, время Восхода Солнца в минутах равно
T = 4 + 2 : COS(широты) — 2
Формула специально не приведена к более простому виду, чтобы был виден принцип расчета продолжительности Восхода:
4 минуты плюс delta
Для некоторых точек наблюдения Время Восхода равно
для Москвы (55,5 СШ) — 5 минут и 29 секунд
для Одессы (46,4 СШ) — 4 минуты и 53 секунды
для Экватора — 4 минуты
для широты 66,6 (Полярный круг) — 7 минут
Санкт-Петербург (59,5 СШ) — 6 минут
остров Тенерифе (28,5 СШ) — 4 минуты и 16 секунд
г. Бийск (52,5 СШ) — 5 минут и 15 секунд
Источник
Восход — Sunrise
Восход (или восход солнца ) в тот момент , когда верхний ободок Солнца на появляется горизонт в утром . Этот термин может также относиться ко всему процессу пересечения солнечным диском горизонта и сопутствующим атмосферным эффектам .
СОДЕРЖАНИЕ
Терминология
«Подъем»
Хотя кажется, что Солнце «поднимается» из-за горизонта, на самом деле это движение Земли вызывает появление Солнца. Иллюзия движущегося Солнца возникает из-за того, что наблюдатели Земли находятся во вращающейся системе отсчета ; это очевидное движение настолько убедительно, что во многих культурах мифологии и религии строились вокруг геоцентрической модели, которая преобладала до тех пор, пока астроном Николай Коперник не сформулировал свою гелиоцентрическую модель в 16 веке.
Архитектор Бакминстер Фуллер предложил термины «солнечный свет» и «солнечное затмение», чтобы лучше представить гелиоцентрическую модель, хотя термины не вошли в общий язык.
Начало и конец
Астрономически восход солнца происходит только на мгновение: момент, когда верхняя часть Солнца кажется касательной к горизонту. Однако термин восход солнца обычно относится к периодам времени как до, так и после этой точки:
- Сумерки — период утром, когда небо светлеет , но Солнца еще не видно. Начало утренних сумерек называется астрономическим рассветом .
- Период после восхода Солнца, в течение которого все еще видны яркие цвета и атмосферные эффекты.
Измерение
Стадия восхода солнца, известная как ложный восход, на самом деле происходит до того, как Солнце действительно достигает горизонта, потому что атмосфера Земли преломляет изображение Солнца. На горизонте средняя величина преломления составляет 34 угловые минуты , хотя эта величина зависит от атмосферных условий.
Кроме того, в отличие от большинства других солнечных измерений, восход солнца происходит тогда, когда кажется, что верхняя часть Солнца , а не его центр пересекает горизонт. Видимый радиус Солнца на горизонте составляет 16 угловых минут.
Эти два угла вместе определяют восход солнца, когда центр Солнца находится на 50 угловых минут ниже горизонта или 90,83 ° от зенита .
Время суток
Время восхода солнца меняется в течение года, а также зависит от широты и долготы зрителя , высоты и часового пояса . Эти изменения вызваны осевым наклоном Земли, суточным вращением Земли, движением планеты по годовой эллиптической орбите вокруг Солнца и парными оборотами Земли и Луны друг вокруг друга. Аналемма может быть использована , чтобы сделать приблизительные предсказания времени восхода.
Поздней зимой и весной восход солнца, наблюдаемый с умеренных широт, наступает каждый день раньше, достигая самого раннего времени около летнего солнцестояния ; хотя точная дата зависит от широты. После этого время восхода солнца с каждым днем становится позже, достигая своего последнего времени примерно в период зимнего солнцестояния . Смещение между датами солнцестояния и самым ранним или самым поздним временем восхода солнца вызвано эксцентриситетом орбиты Земли и наклоном ее оси и описывается аналеммой , которую можно использовать для предсказания дат.
Изменения атмосферной рефракции могут изменить время восхода солнца, изменив его видимое положение. Вблизи полюсов изменение времени суток преувеличено, поскольку Солнце пересекает горизонт под очень малым углом и поэтому поднимается медленнее.
Учет атмосферной рефракции и измерение от передней кромки немного увеличивает среднюю продолжительность дня по сравнению с ночью . Однако уравнение восхода солнца , которое используется для получения времени восхода и захода солнца, использует для расчета физический центр Солнца, пренебрегая атмосферной рефракцией и ненулевым углом, который образует солнечный диск.
Расположение на горизонте
Пренебрегая эффектами рефракции и ненулевым размером Солнца, всякий раз, когда происходит восход солнца, в регионах с умеренным климатом он всегда находится в северо-восточном квадранте от мартовского равноденствия до сентябрьского равноденствия и в юго-восточном квадранте от сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия. Восходы солнца происходят примерно на востоке в мартовские и сентябрьские равноденствия для всех зрителей на Земле. Точные вычисления азимутов восхода солнца в другие даты сложны, но их можно оценить с разумной точностью с помощью аналеммы .
Рисунок справа рассчитан с использованием программы солнечной геометрии из работы. следующим образом: 1.) Для заданной широты и заданной даты вычислите склонение Солнца, используя долготу и время солнечного полудня в качестве входных данных для процедуры; 2.) Рассчитайте часовой угол восхода солнца, используя уравнение восхода солнца ; 3.) Вычислите время восхода солнца, равное солнечному полудню минус часовой угол восхода в градусах, разделенный на 15; 4.) Используйте время восхода солнца в качестве входных данных для процедуры геометрии Солнца, чтобы получить азимутальный угол Солнца на восходе. 0 ∘ <\ displaystyle 0 ^ <\ circ>> 
Симметрия полушария
Интересной особенностью на рисунке справа является очевидная симметрия полушария в регионах, где действительно происходят ежедневные восходы и заходы солнца.
Эта симметрия становится ясной, если соотношение полушария в уравнении восхода солнца применяется к x- и y-компонентам солнечного вектора, представленным в [4]. .
Появление
Цвета
Молекулы воздуха и частицы в воздухе рассеивают белый солнечный свет, проходя через атмосферу Земли. Это делается с помощью комбинации рэлеевского рассеяния и рассеяния Ми .
Когда луч белого солнечного света проходит через атмосферу к наблюдателю, некоторые цвета рассеиваются из луча молекулами воздуха и частицами в воздухе , изменяя окончательный цвет луча, который видит зритель. Поскольку компоненты с более короткой длиной волны, такие как синий и зеленый, рассеиваются сильнее, эти цвета предпочтительно удаляются из луча.
На восходе и закате, когда путь через атмосферу длиннее, синие и зеленые компоненты почти полностью удаляются, оставляя более длинные волны оранжевого и красного оттенков, видимых в это время. Оставшийся покрасневший солнечный свет может быть рассеян облачными каплями и другими относительно крупными частицами, чтобы осветить горизонт красным и оранжевым светом. Удаление более коротких длин волн света происходит из-за рэлеевского рассеяния на молекулах воздуха и частицах, которые намного меньше длины волны видимого света (менее 50 нм в диаметре). Рассеяние облачными каплями и другими частицами с диаметром, сравнимым или большим, чем длина волны солнечного света (более 600 нм), происходит из-за рассеяния Ми и не сильно зависит от длины волны. Рассеяние Ми отвечает за свет, рассеянный облаками, а также за дневной ореол белого света вокруг Солнца ( прямое рассеяние белого света).
Цвета заката обычно ярче, чем цвета восхода солнца, потому что вечерний воздух содержит больше частиц, чем утренний.
Пепел от извержений вулканов, захваченный в тропосфере , имеет тенденцию приглушать цвета заката и восхода солнца, в то время как вулканические выбросы, которые вместо этого поднимаются в стратосферу (в виде тонких облаков крошечных капелек серной кислоты), могут давать красивые цвета после захода солнца, называемые послесвечения и пред -восход солнца светится. Ряд извержений, в том числе извержения горы Пинатубо в 1991 году и Кракатау в 1883 году , привели к образованию достаточно высоких стратосферных облаков серной кислоты, которые дали замечательные послесвечения заката (и свечение перед восходом солнца) по всему миру. Высотные облака служат для отражения сильно покрасневшего солнечного света, все еще падающего на стратосферу после захода солнца, до поверхности.
Источник