Высота солнца над горизонтом: изменение и измерение. Восход солнца в декабре
Жизнь на нашей планете зависит от количества солнечного света и тепла. Страшно представить даже на миг, что было бы, если бы на небе не было такой звезды, как Солнце. Каждая травинка, каждый листочек, каждый цветочек нуждается в тепле и свете, как люди в воздухе.
Угол падения лучей солнца равен высоте солнца над горизонтом
Количество солнечного света и тепла, которое поступает на земную поверхность, прямо пропорционально углу падения лучей. Солнечные лучи могут падать на Землю под углом от 0 до 90 градусов. Угол попадания лучей на землю разный, потому что наша планета имеет форму шара. Чем он больше, тем светлее и теплее.
Таким образом, если луч идёт под углом 0 градусов, он только скользит вдоль поверхности земли, не нагревая её. Такой угол падения бывает на Северном и Южном полюсах, за полярным кругом. Под прямым углом солнечные лучи падают на экватор и на поверхность между Южным и Северным Тропиком.
Если угол попадания солнечных лучей на землю прямой, это говорит о том, что солнце в зените.
Таким образом, угол падения лучей на поверхность земли и высота солнца над горизонтом равны между собой. Зависят они от географической широты. Чем ближе к нулевой широте, тем угол падения лучей ближе к 90 градусам, тем выше находится солнце над горизонтом, тем теплее и светлее.
Как солнце изменяет свою высоту над горизонтом
Высота солнца над горизонтом не является постоянной величиной. Напротив, она всегда изменяется. Причина этого кроется в непрерывном движении планеты Земля вокруг звезды Солнце, а также вращении планеты Земля вокруг собственной оси. В результате день сменяет ночь, а времена года друг друга.
Территория между тропиками получает больше всех тепла и света, здесь день и ночь практически равны друг другу по продолжительности, а солнце находится в зените 2 раза в год.
Поверхность за полярным кругом получает всех меньше тепла и света, здесь существуют такие понятия, как полярные день и ночь, которые длятся около полугода.
Дни осеннего и весеннего равноденствия
Выделены 4 основные астрологические даты, которые определяет высота солнца над горизонтом. 23 сентября и 21 марта – дни осеннего и весеннего равноденствия. Это означает, что высота солнца над горизонтом в сентябре и марте в эти дни 90 градусов.
Южное и Северное полушария освещаются солнцем одинаково, а долгота ночи равна долготе дня. Когда в Северном полушарии наступает астрологическая осень, то в Южном, наоборот, весна. То же самое можно сказать о зиме и лете. Если в Южном полушарии зима, то в Северном – лето.
Дни летнего и зимнего солнцестояния
22 июня и 22 декабря – дни летнего и зимнего солнцестояния. 22 декабря наблюдается самый короткий день и самая длинная ночь в Северном полушарии, а зимнее солнце находится на самой низкой высоте над горизонтом за весь год.
Выше широты 66,5 градуса солнце находится под горизонтом и не восходит. Это явление, когда зимнее солнце не восходит на горизонт, называется полярной ночью. Самая короткая ночь бывает на широте 67 градусов и длится всего 2 суток, а самая длинная бывает на полюсах и длится 6 месяцев!
Декабрь является из всего года тем месяцем, когда в Северном полушарии самые длинные ночи. Люди в Центральной России просыпаются на работу в темноте и возвращаются тоже в темное время суток. Это тяжелый месяц для многих, так как нехватка солнечного света сказывается на физическом и моральном состоянии людей. По этой причине может даже развиться депрессия.
В Москве в 2016 г. восход солнца в декабре 1 числа будет в 08.33. При этом долгота дня составит 7 часов 29 минут. Заход солнца за горизонт будет очень рано, в 16.03. Ночь составит 16 часов 31 минуту. Таким образом, получается, что долгота ночи в 2 раза больше, чем долгота дня!
В этом году день зимнего солнцестояния – 21 декабря. Самый короткий день будет длиться ровно 7 часов. Затем 2 дня продержится такая же ситуация. И уже с 24 декабря день пойдёт на прибыль медленно, но верно.
В среднем в сутки будет прибавляться по одной минуте светлого времени. В конце месяца восход солнца в декабре будет ровно в 9 часов, что на 27 минут позже, чем 1-го декабря
22 июня – день летнего солнцестояния. Всё происходит с точностью до наоборот. За весь год именно в эту дату самый длинный день по продолжительности и самая короткая ночь. Это касаемо Северного полушария.
В Южном всё наоборот. С этим днём связаны интересные природные явления. За Полярным кругом наступает полярный день, солнце не заходит за горизонт на Северном полюсе 6 месяцев. В Санкт-Петербурге в июне начинаются загадочные белые ночи. Длятся они примерно с середины июня в течение двух-трёх недель.
Все эти 4 астрологические даты могут меняться на 1-2 дня, так как солнечный год не всегда совпадает с календарным годом. Также смещения происходят в високосные года.
Высота солнца над горизонтом и климатические условия
Солнце является одним из самых важных климатообразующих факторов. В зависимости от того, как изменялась высота солнца над горизонтом над конкретным участком земной поверхности, меняются климатические условия и времена года.
Например, на Крайнем Севере лучи солнца падают под очень маленьким углом и только лишь скользят вдоль поверхности земли, совсем не нагревая её. Под условием этого фактора климат здесь крайне суровый, присутствует вечная мерзлота, холодные зимы с леденящими ветрами и снегами.
Чем больше высота солнца над горизонтом, тем теплее климат. Например, на экваторе он необычайно жаркий, тропический. Сезонные колебания также в районе экватора практически не чувствуются, в этих районах вечное лето.
Измерение высоты солнца над горизонтом
Как говорится, всё гениальное – просто. Так и здесь. Прибор для измерения высоты солнца над горизонтом элементарно прост. Он представляет собой горизонтальную поверхность с шестом посередине длиной 1 метр. В солнечный день в полдень шест отбрасывает самую короткую тень. С помощью этой кратчайшей тени и проводятся расчёт и измерения. Нужно замерить угол между концом тени и отрезком, соединяющим конец шеста с концом тени. Эта величина угла и будет являться углом нахождения солнца над горизонтом. Этот прибор называется гномоном.
Гномон – это древний астрологический инструмент. Существуют и другие приборы для измерения высоты солнца над горизонтом, такие как секстант, квадрант, астролябия.
Источник
ЗАВИСИМОСТЬ ВЫСОТЫ СОЛНЦА ОТ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЫ
Поскольку широта местности не меняется, из изменений высоты Солнца следует, что меняется его склонение. Широту местности приближенно для данного населенного пункта можно определить по географической карте (для Ростова 47° 13″), тогда по измерениям высоты h можно найти, что летом максимальное удаление от небесного экватора составляет +23,5°, а в зимнее время равно -23,5°. Также можно установить, что на небесном экваторе Солнце находится 21 марта и 23 сентября (дни равноденствия), в эти дни склонение Солнца равно 0°.
Например, нужно определить максимальную и минимальную высоту подъёма Солнца над горизонтом для города Киева. Широта Киева: 50° 24″
H = 90° — 50,2° + 23,5° = 63,3° (в дни летнего солнцестояния);
H = 90° — 50,2° — 23,5° = 16,3° (в дни зимнего солнцестояния).
Bо время весеннего и осеннего равноденствий полуденная высота Солнца равна дополнению географической широты места до 90°, а во время зимнего и летнего солнцестояний она меньше или больше равноденственной на угол, равный наклонности эклиптики к экватору.
В дни равноденствий высота полуденного Солнца (φ0) над горизонтом для разных широт (φ1) определяется по формуле:
φ0 = 90° — φ1
Координаты Донецка: 48°00′32″ с. ш. 37°48′15″ в. д.
В г. Донецке 21 марта и 23 сентября в полдень Солнце находится на высоте:
φ0 = 90° — 48°= 42 °
Летом, когда Солнце находится над тропиком каждого полушария, высота его в полдень увеличивается на 23° 27′, т. е.
φ0 = 90° — φ1 + 23° 27′
φ0 = 90°- 48° +23° 27’= 65° 27′
В Донецке 21 июня высота Солнца равна 65°27′
Зимой, когда Солнце перемещается в противоположное полушарие, высота его соответственно уменьшается и достигает минимума в дни солнцестояния, когда ее следует уменьшить на 23°27′, т. е.
φ0 = 90° — φ1- 23° 27′
φ0 = 90°- 48° — 23° 27’= 18° 33′
В Донецке 22 декабря Солнце находится на высоте 18° 33′
Задача 31
Z — точка зенита * — Полярная звезда
угол, под которым видно Полярную звезду, к площади горизонта
угол между точкой зенита и Полярной звездой.
В дни равноденствий высота полуденного Солнца над горизонтом 
для разных широт 
определяется по формуле:
Так, например, в г. Киеве 
21 марта и 23 сентября в полдень Солнце находится на высоте:
Летом, когда Солнце находится над тропиком каждого полушария, высота его в полдень увеличивается на 23° 27′, т.е.
Таким образом, для г. Киева 21 июня высота Солнца равна 61°27′. Зимой, когда Солнце перемещается в противоположное полушарие, высота его соответственно уменьшается и достигает минимума в дни солнцестояния, когда ее следует уменьшить на 23°27′, т.е.
Так, для Киева 22 декабря Солнце находится на высоте 
Задача 33
С корабля 20 февраля была измерена высота Солнца над горизонтом. Она составила 50°. Солнце было на юге. На какой географической широте находится корабль, если в этот день Солнце, стояло в зените па широте 1105′ ю.ш.?
Ответ:
Корабль находился на 28°55′ с.ш.
Задача 32
Санкт-Петербург и Киев находятся почти на одном меридиане. 22 июня в полдень Солнце в Санкт-Петербурге возвышаетсянад горизонтом на 53°30, а в Киеве в этот момент- на 61,5°. Каково расстояние между городами в градуса и километрах?
Ответ:
Расстояние между Киевом и Санкт-Петербургом — 8°, а в километрах -890,4 км.
Задача 34
В Северном полушарии, там, где находятся туристы, Солнце в полдень стоит над горизонтом под углом 53030′. В этот же день полуденное Солнце находится в зените на 12°20′ с.ш. На каком градусе широты находятся туристы? 
Ответ:
Туристы находятся на 48°50′ с. ш.
— Высота Полярной ВСЕГДА равна широте места наблюдения (это для сев. полушария) = причём в любое время суток!
Источник
Олимпиадные задачи по географии: Высота Солнца и широта
Олимпиадные задачи по географии требуют от ученика хорошей подготовки по предмету. Высота Солнца, склонение и широта места связаны простыми соотношениями. Для решения задач по определению географической широты требует знания зависимости угла падения солнечных лучей от широты местности. Широта, на которой находится местность, определяет изменение высоты солнца над горизонтом в течение года.
№1
На какой из параллелей: 50 с.ш.; 40 с.ш.; на южном тропике; на экваторе; 10 ю.ш. Солнце в полдень будет находиться ниже над горизонтом в день летнего солнцестояния. Свой ответ обоснуйте.
1) 22 июня солнце в зените над 23,5 с.ш. и солнце будет ниже над параллелью наиболее удалённой от северного тропика.
2) Это будет южный тропик, т.к. удалённость составит 47.
№2
На какой из параллелей: 30 с.ш.; 10 с.ш.; экваторе; 10 ю.ш., 30 ю.ш. солнце в полдень будет находиться выше над горизонтом в день зимнего солнцестояния. Свой ответ обоснуйте.
2) Полуденная высота солнца на любой параллели зависит от удалённости от параллели, где солнце в этот день в зените, т.е. 23,5 ю.ш.
А) 30 ю.ш.- 23,5 ю.ш.= 6,5 ю.ш
№3
На какой из параллелей: 68 с.ш.; 72 с.ш.; 71 ю.ш; 83 ю.ш – полярная ночь короче? Свой ответ обоснуйте.
Продолжительность полярной ночи увеличивается от 1 суток (на параллели 66,5 с.ш.) до 182 суток на полюсе. Полярная ночь короче на параллели 68 с.ш.,
т.к. она дальше от полюса.
№4
В каком городе: Дели или Рио-де-Жанейро солнце находится выше над горизонтом в полдень весеннего равноденствия?
1) Солнце 21 марта в зените стоит над экватором
2) Ближе к экватору г. Рио-де-Жанейро т.к. широта его 23 ю.ш., а Дели- 28 .
Значит и солнце выше в Рио-де-Жанейро.
№5
Определите географическую широту пункта, если известно, что в дни равноденствия полуденное солнце стоит там над горизонтом на высоте 63 (тень от предметов падает на юг.) Ход решения запишите.
Формула определения высоты солнца H
где Y – разница широт между параллелью, где солнце в зените в данный день и
90 – (63 — 0) = 27 ю.ш.
№6
Определите высоту Солнца над горизонтом в день летнего солнцестояния в полдень в Санкт-Петербурге. Где ещё в этот день Солнце будет находиться на той же высоте над горизонтом?
1) 90 – (60 – 23,5 ) = 53,5
2) Полуденная высота Солнца над горизонтом одинакова на параллелях, расположенных на одинаковом расстоянии от той параллели, где Солнце стоит в зените. Санкт-Петербург удалён от северного тропика на 60 – 23,5 = 36,5
На таком расстоянии от северного тропика находится параллель 23,5 — 36,5 = -13
№7
Определите географические координаты точки земного шара, в которой Солнце будет находиться в зените, когда в Лондоне празднуют новый год. Запишите ход ваших мыслей.
От 22 декабря до 21 марта проходит 3 месяца или 90 дней. За это время Солнце перемещается на 23,5. За месяц Солнце перемещается на 7,8. За один день 0,26.
Лондон находится на нулевом меридиане. В этот момент, когда в Лондоне празднуют Новый год (0 часов) солнце находится в зените над противоположном меридианом т.е. 180. Значит, географические координаты искомой точки составляют
28 ю.ш.180 в. д. или з. д.
№8.
Как изменится длина дня 22 декабря в Санкт – Петербурге, если угол наклона оси вращения относительно плоскости орбиты увеличится до 80. Запишите ход ваших мыслей.
1) Следовательно полярный круг будет иметь 80, северный круг отступит от существующего на 80 – 66,5 = 13,5
2) Длина дня 22 декабря в Санкт-Петербурге увеличится.
№9
Определите географическую широту пункта на территории Австралии, если известно, что 21 сентября в полдень по местному солнечному времени, высота Солнца над горизонтом составляет 70 . Ход рассуждений запишите.
№10
Если бы Земля перестала бы вращаться вокруг собственной оси, то на планете не было бы смены дня и ночи. Назовите ещё три изменения природы Земли при отсутствии осевого вращения.
а) изменилась бы форма Земли, поскольку отсутствовало бы полярное сжатие
б) не было бы силы Кориолиса – отклоняющее действие вращения Земли. Пассаты имели бы меридиональное направление.
в) не было бы приливов и отливов
№11
Определите, на каких параллелях в день летнего солнцестояния Солнце находится над горизонтом на высоте 70.
Источник