Сегодня поставил короткий эксперимент, результат которого был понятен изначально. Важно было другое — сделать всё настолько просто, чтобы любой мог это повторить.
Сначала немного расчётов. Диаметр Солнца = 1.39e9 м. Примечание: это означает 1.39*10^9 м. Делим на текущее расстояние до Солнца 1.52e11 м (нынче же афелий — максимальная удалённость от нашей звезды), получаем 0.009145 рад (промежуточные ответы округляю до приличного вида), то есть 0.524 градуса — это текущий угловой диаметр диска солнца. Склонение солнца нынче 23 градуса, то есть его скорость не 15 градусов в час, как в дни равноденствий, а в 1/cos(23) раз меньше, то есть 13.81 град/час. Итого солнце проходит угловое расстояние, равное своему диску, за 0.524/13.81 = 0.037947 часа = 136.6 сек = 2мин 17сек.
В дни равноденствия расстояние около 149.5 млн км, скорость по небу 15 град/час ровно (с хорошей точностью), итого диаметр диска 0.5327 градуса, и расстояние диска солнце проходит за 127.9 сек = 2мин 8сек.
А к новому году имеем перигелий — ближайшее расстояние до солнца — 147.1 млн км, диаметр диска 0.5414 градуса, и диск съезжает за 141 сек = 2мин 21сек.
Уравнение времени можно не учитывать, поскольку это по максимуму 0.5 мин за сутки, то есть не более 50 мс погрешность за 2 минуты — она будет незаметна в моих расчётах.
А теперь собственно эксперимент. Находим бинокль и штатив, ставим штатив, удивляемся отсутствию ответной дырки в бинокле, но не унываем и приматываем бинокль веревкой, попутно закрыв одну из труб (иначе будет мешаться вторым изображением), и направляем бинокль на солнце, пока не получим изображение солнца на удалённом листке.
Получится что-то такое:
Затем обводим диск солнца сподручными средствами и фотографируем (лучше весь процесс заснять на статичной видеокамере, чтобы точка зрения не уплывала; см. ниже дополнение от 2017-01-29).
А затем ждём когда диск солнца сползет до момента, пока не коснётся обведённого прежде контура:
Собственно всё. Вычисляем разницу 20160701_150855 минус 20160701_150634 (имена файлов содержат дату-время), получаем 2 минуты 21 секунду. Вполне похоже на вышеозначенные 2 минуты 17 секунд.
Какие выводы можно сделать из серии таких экспериментов.
1. Диск солнца с хорошей точностью (плюс-минус 1.7%) имеет один и тот же диаметр в любой точке неба для любого наблюдателя с любой точки Земли (не считая сплющивания солнца по вертикали около горизонта из-за рефракции). Проверить это можно, если наводить вышеописанную конструкцию на солнце и размещать экран на одном и том же расстоянии от бинокля (желательно перпендикулярно оси экран-солнце во избежание искажений).
2. Диск солнца съезжает по небу на свой собственный размер за время от 2:08 до 2:21 (то есть 2:14 плюс-минус 5%). В любое время года. Причём тут уже для проверки перпендикулярность экрана не важна, главное — зафиксировать начальное положение и дождаться смещения диска на свой размер (в сторону смещения) до касания обведённого изображения.
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:
Для высоких широт зимой и летом солнце может не заходить и не всходить. Сумерки считаются нулевыми.
Продолжительность дня в таких широтах будет обозначаться либо 24 часа, либо 00 часов.
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:
На равнинной местности закат будет не таким насыщенным.
Вдоль берегового горизонта — ярче.
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:
Первая фаза — площадь освещенного диска меньше половины всего диска луны.
Вторая фаза — конец новолуния и переход к полнолунию.
Третья фаза характеризуется появлением полного диска.
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:
Марсоход Spirit запечатлел закат на Марсе. Он удивительно красив в сине-серых оттенках.
Северное сияние бывает не только на Земле. На Юпитере оно будет окрашено в фиолетовый цвет.
В Мурманске неизбежны полярные ночи. На Аляске за полярные дни вырастает около тонны крупных тыкв.
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?
Как быстро солнце двигается по небу
