Солнце в зените дважды

Зачем людям отслеживать передвижение Солнца

Давно замечено: движение небесных светил всегда соотносится с определенными событиями на земле. Заметки повлияли на появление первых календарей: солнечных, лунных. Современные наблюдения основаны на научных исследованиях развития горячей планеты:

  • с Солнцем связаны биологические ритмы живых существ;
  • зная о вспышках, предугадывают магнитные бури, чтобы метеозависимая группа населения могла перенести их комфортно;
  • движение светила – отличный указатель в ориентировании на местности;
  • астрономические расчеты базируются на базовых показателях солнечной активности.

Солнце влияет на погоду, поэтому для планирования деятельности рассчитывают траекторию прохождения и возможность осадков. Наблюдение первобытных людей было направлено на выживание: вовремя успеть в лагерь, построить зимовку, найти дорогу, если заблудился. Они не знали астрономических терминов, но безошибочно научились определять по Солнцу стороны света, исчислять дни, время, придумав песочные, солнечные, каменные часы и приблизив человечество к цивилизации.

Внешние характеристики дивного явления природы

Поскольку о восходе и закате Солнца можно говорить как о двух тождественных явлениях, отличающихся друг от друга насыщенностью цветов, описание заката Солнца над горизонтом можно применить также ко времени перед восходом Солнца и его появлении, только в обратном порядке.

Чем ниже солнечный диск спускается к западной линии горизонта, тем он менее ярок и становится сначала жёлтым, затем – оранжевым и, наконец, красного цвета. Изменяет свою окраску и небосвод: сперва он золотистого цвета, затем, оранжевого, а у кромки – красного тона.

Когда солнечный диск вплотную приближается к линии горизонта, он приобретает тёмно-красный цвет, а по обе стороны от него можно увидеть яркую полосу зари, цвета которой сверху вниз переходят от голубовато-зелёного до ярко-оранжевого тонов. В это же время над зарёй образовывается бесцветное сияние.

Чем больше Солнце уходит за линию горизонта, тем пурпурнее становится небо, а когда оно опускается за горизонт на четыре-пять градусов, оттенок приобретает максимально насыщенные тона. После этого небо постепенно становится огненно-красного цвета (лучи Будды), а от того места, где зашёл солнечный диск, вверх, постепенно угасая, тянутся полосы светлых лучей, после исчезновения которых возле горизонта можно увидеть тускнеющую полосу тёмно-красного цвета.

После того как тень Земли постепенно заполняет небо, Пояс Венеры рассеивается, на небе появляется силуэт Луны, затем звёзды – и наступает ночь (сумерки заканчиваются, когда солнечный диск уходит за горизонт на шесть градусов). Чем больше времени проходит от ухода Солнца за линию горизонта, тем становится холоднее, а к утру, перед восходом Солнца наблюдается самая низкая температура. Но всё меняется, когда через несколько часов начинается восход красного Солнца: на востоке появляется солнечный диск, ночь уходит, а земная поверхность начинает прогреваться.

Восход и закат Солнца

Хотя многие считают, что в северном полушарии самый ранний закат Солнца происходит 21 декабря, а самый поздний – 21 июня, в действительности мнение это ошибочно: дни зимнего и летнего солнцестояний являются лишь датами, которые говорят о наличии наиболее короткого или длинного дня в году.

Интересно, что чем севернее широта, тем ближе к солнцестоянию наступает самый поздний закат года. Например, в 2014 году на широте, расположенной в шестьдесят два градуса, он произошёл 23 июня. А вот на тридцать пятой широте самый поздний закат года произошёл шесть дней спустя (наиболее ранний восход Солнца был зафиксирован на две недели раньше, за несколько дней до 21 июня).

Не имея под рукой специального календаря, довольно сложно определить точное время восхода и заката Солнца. Это объясняется тем, что равномерно вращаясь вокруг своей оси и Солнца, Земля движется неравномерно по эллиптической орбите. Стоит заметить, что если бы наша планета двигалась вокруг Светила, такого бы эффекта не наблюдалось.

https://youtube.com/watch?v=WOSXHeqtaA0

Такие отклонения по времени человечество заметило давно, а потому на протяжении всей своей истории люди пытались прояснить для себя этот вопрос: возведённые ими древние сооружения, чрезвычайно сильно напоминающие обсерватории, сохранились до наших дней (например, Стоунхендж в Англии или пирамиды майя в Америке).

Последние несколько столетий, чтобы рассчитать время восхода и захода Солнца, астрономы, наблюдая за небом, создавали календари Луны и Солнца. В наши дни, благодаря виртуальной сети, расчет восхода и захода Солнца может сделать любой пользователь интернета, воспользовавшись специальными онлайн-сервисами – для этого достаточно указать город или географические координаты (если на карте нет нужной местности), а также необходимую дату.

Интересно, что с помощью таких календарей нередко можно узнать не только время заката или рассвета, но и период между началом сумерек и перед восходом Солнца, продолжительность дня/ночи время, время, когда Солнце будет пребывать в зените и многое другое.

Восход солнца

Сегодня, 24.09.2021, восход солнца в 06:19, а закат в 18:23. Время, когда солнце будет находится в своем зените, то есть достигнет самой верхней точки, наступит в 12:21. Долгота дня составит 15 часов и 04 минут. Начало гражданского рассвета в 05:42, а конец гражданского заката в 19:00.

Выбор местоположения для расчета солнца

Широта: 55.75, Долгота: 37.62 Часовой пояс: Europe/Moscow (UTC+03:00) Расчет восхода солнца на 24.09.2021 (00:00)

Завтра

Завтра, 25.09.2021, восход солнца в 06:21, а закат в 18:21. Время, когда солнце будет находится в своем зените, то есть достигнет самой верхней точки, наступит в 12:21. Долгота дня 15 часов и 00 минут. Начало гражданского рассвета в 05:44, а конец гражданского заката в 18:57.

На неделю

Восход солнца — это момент появления светила над линией горизонта. Момент исчезновения светила с линии горизонта — заход. Из-за того что наша планета окружена атмосферой, мы можем наблюдать восход немного раньше чем это происходило бы в условиях безатмосферности. Именно из-за наличия атмосферы на нашей планете возникает такое явление как атмосферная рефракция. Рефракция искривляет прямой путь солнечных лучей, что приводит к тому что мы видим восход примерно на 35 угловых минут раньше, а заход соответственно позже, нежели наблюдали бы его в условиях отсутствия атмосферы. На практике явление рефракции заметно если сравнивать суммарное удлинение дня на экваторе, где солнце восходит практически перпендикулярно горизонту, равное 7 минутам, когда как на полюсах, смена полярных дня и ночи длится 2 суток.

Гражданские сумерки

Интервал гражданских суток дарит нам возможность наблюдать Венеру, которая иногда видна даже при солнечном свете. Термин гражданских сумерек используется для обозначения времени, когда человек под открытым небом, без дополнительных источников света может выполнять любую работу. В это время, при благоприятных погодных условиях, хорошо просматривается линия горизонта и наземные объекты. Начиная с географической широты 60°33’и до Полярного круга (66°33′) в году наблюдается так называемый период «белых ночей», это связано с тем что вечерние гражданские сумерки сменяются утренними. Так же это определение используется даже в некоторых законах, один из которых, например, обязует водителей использовать свет фар после заката солнца.

Продолжительность сумерек

Среднегодовая продолжительность гражданских сумерек (утром или вечером) зависит от широты. Солнечный диск перемещается со средней скоростью 0,25° в минуту, или 15° в час (360° за сутки), но перемещение при восходе и закате происходит, не под прямым углом к линии горизонта, именно из-за этого длительность всех интервалов сумерек определяется данным углом, при более острых углах увеличиваясь. Угол траектории перемещения Солнца относительно линии горизонта зависит от географической широты места наблюдения и от времени года (из-за разницы углов наклона оси планеты направленной к светилу). Самые короткие среднегодовые сумерки наблюдаются на экваторе, где Солнце встает практически перпендикулярно линии горизонта. Если исключить широты Полярного круга, наименьшая продолжительность среднегодовых сумерек наблюдается в период равноденствий. Чем острее угол под которым Солнце пересекает горизонт, тем дольше продолжительность сумерек, это происходит при приближении дней летнего и зимнего солнцестояния.

Продолжительность гражданских сумерек в минутах:

  • 20-24 минуты — на экваторе;
  • 29-36 минут — на широте Сочи;
  • 37-61 минута — на широте Москвы.

Навигационные сумерки

Период когда Солнце находится над горизонтом в угловом интервале 6°- 12°, есть возможность наблюдать основные навигационные звезды и горизонт, по которым капитан судна, может ориентироваться с помощью секстанта, для измерения углов между небесным объектом и линией горизонта. Но в это время работать человек без дополнительных источников света не может, освещенность скорее можно отнести к ночной, нежели к вечерней. Когда вечерние навигационные сумерки сменяются утренними возникает красивое явление «голубых ночей».

Астрономические сумерки

Время когда Солнце находится под углом от 12° до 18°называют астрономическими сумерками. Небосвод уже практически не отличается от ночного и наблюдатели уже могут видеть небесные объекты, а в период между астрономическими сумерками, астрономической ночью, могут даже наблюдать галактики и туманности. Нормальная работа человека в этот период без искусственного освещения не возможна, поэтому, в основном в больших городах, из-за светового загрязнения отсутствует возможность наблюдать звезды даже 4-ой величины, и угол нахождения Солнца над горизонтом уже будет не важен.

Движение солнечного зенита в течение года

Так как происходит постоянное перемещение небесных тел относительно друг друга и собственной оси каждого, зенит солнца на протяжении всего земного года все время сдвигается в направлении от тропика к тропику со скоростью округленно равной 1° за четверо суток (точнее — 3,8), что в пересчете на неделю составит 2°. Это значит, что определить, как солнце в зените будет смещаться в отношении земли, очень просто.

Имея для отправной точки знания о днях солнцестояния, можно приблизительно посчитать широту, на которой солнце будет достигать своего зенита для любой даты.

Дважды в год Солнце находится в зените над экватором — 21 марта и 23 сентября в те календарные дни, когда света и тьмы в сутках поровну — это осеннее и весеннее равноденствие. Значит в расчетах широты нахождения солнца в зените это те исходные числа, которые можно брать за основу.

Например: рассчитывая широту, на которой будет солнце в российский День космонавтики — 12 апреля, необходимо определить количество суток, прошедших с ближайшей опорной даты (это будет весеннее равноденствие 21 марта). Между отправной точкой во времени и расчетной 22 календарных дня. Если смещение светила на 1° происходит за 3,8, суток, то за 22 его нахождение изменится на 22 : 3,8 = 5,7°. Так как в данном случае нет необходимости в точных вычислениях, можно округлить полученное значение до 6° — именно так изменится угол Солнца по отношению к Земле в направлении его движения к северу от экватора.

Что такое зенит?

Зенитом называют наивысшую точку на небосводе, то есть, когда говорят о том, что солнце в зените — это значит, что светило расположено прямо по вертикали над головой наблюдающего. Солнечные лучи в таком случае падают перпендикулярно к поверхности земли — под прямым углом. Так что, если предметы не отбрасывают тени — это значит, что солнце в зените.

Однако данное определение в разговорной речи применяется в отношении положения солнца, которое только условно можно назвать зенитом. Благодаря особенностям небесных тел и их положения в космическом пространстве относительно друг друга, падать под углом, равным 90°, лучи Солнца будут далеко не на каждую часть Земли.

Точка, находящаяся на этой же отвесной прямой, что и зенит, но в противоположном ее направлении — ниже линии горизонта, называется надиром.

Как определить истинный полдень

Зная истинный полдень, можно определить стороны света, ведь именно в этот момент Солнце будет находиться строго в южном или северном направлении, в зависимости от земного полушария, а зная хотя бы одну сторону света — все остальные.

Определить истинный полдень можно разными способами. Далее приведу в пример некоторые простые варианты, не требующие сложных навыков и знаний.

Способ №1 — с помощью астрономических данных. Такие данные часто попадаются среди прогнозов погоды в разных печатных и Интернет-изданиях. Нужно поискать время восхода и захода Солнца в той местности, в которой предполагается определять истинный полдень, сложить это время и разделить его пополам. Полученное значение и будет временем истинного полдня.

Способ №2 — с помощью солнечных часов (гномона). Правильно сконструированные, размеченные и установленные солнечные часы достаточно точно показывают время солнечного полдня. На гномоне момент солнечного полдня совпадает с двенадцатью часами дня.

Способ №3 — с помощью навигатора. Навигатор, показывающий направление на географический север, может послужить для определения наступления истинного полдня. Для этого определяют момент, когда центр солнечного диска окажется строго над южным или северным направлением (в зависимости от земного полушария), определенным с помощью навигатора. Это и будет момент истинного полдня.

Магнитный компас для этого способа малопригоден, поскольку показывает направление на магнитные полюса, а не на географические, что может приводить к ощутимым погрешностям. О том, что такое истинный и магнитный полюс, и в чем их отличие, мы подробно рассказывали в отдельной статье.

Способ №4 — с помощью тени от шеста. На ровной горизонтальной площадке в землю строго вертикально втыкается ровный шест. В дообеденное время начинается измерение длины тени, которую отбрасывает на площадку шест. Тень в начале начнет уменьшаться, а затем увеличиваться. Момент перехода от укорачивания тени до ее удлинения и будет соответствовать солнечному полдню.

В этом варианте достаточно засечь время, в которое тень была наименьшей длины.

Данный способ является одним из способов ориентирования и часто рекомендуется в литературе для определения сторон света на местности в солнечную погоду. Его точность напрямик зависит от того, насколько ровная была выбрана площадка и сам шест, а также от того, насколько ровно был установлен этот шест. Также точность метода повышается при увеличении длины шеста (как правило, используют шест длиной 1—2 метра).

Способ №5 — с помощью биссектрисы. Измерения начинают проводить как можно раньше с утра, что делает их более точными. Для этого:

  1. На ровной площадке устанавливается шест аналогично предыдущему способу и отмечается конец его тени.
  2. Измеряется расстояние от места установки шеста до этой точки.
  3. Проводится окружность с радиусом, равным этому расстоянию и центром в точке установки шеста. Теперь остается ждать, когда тень от шеста снова пересечет эту окружность, но уже в другом месте (восточнее).
  4. Как только это произойдет, отмечается вторая точка.
  5. Первая и вторая точки соединяются отрезком — получается своего рода равнобедренный треугольник, у которого третьей вершиной является место установки шеста.
  6. От точки установки шеста проводится биссектриса, которая делит ранее прочерченный между двумя точками отрезок пополам.
  7. На следующий день, когда тень от шеста совпадет с биссектрисой, можно сказать, что наступил истинный полдень.

Этот способ, как и предыдущий, также является одним из методов ориентирования по солнцу.

Из всех этих вариантов только первый может работать при любых метеорологических условиях, в любое время суток и давать быстрый результат. Остальные же работают только в светлое время суток, зависимы от погоды и, как правило, более «медленные».

Теперь, опираясь на все вышесказанное и некоторые другие данные, сделаем общие выводы.

Теоретические основы

Здесь перечислим аксиомы, доказанные факты и некоторые выводы, следующие из них.

Истина №1. Земля вращается вокруг Солнца.

Истина №2. Вращение Земли, если смотреть сверху на северный полюс, осуществляется против часовой стрелки. Из этого следует вывод, что Солнце в начале освещает более восточные регионы. Для наблюдателя же, находящегося на Земле, это выглядит так, как будто Солнце встает на востоке и садится на западе.

Из этой же истины следует, что Солнце в середине своего движения, то есть в промежутке между востоком и западом, что соответствует середине дня, для наблюдателя будет находиться в самой высшей точке своей траектории движения — зените. В это же время оно будет находиться на линии север–юг.

Если представить, что наблюдатель находится в северном полушарии, то получится, что Солнце для него движется по небесной сфере слева направо. Если же наблюдатель переместится в южное полушарие (например, в Австралию), тогда движение Солнца для него будет справа налево. Но это правило четко работает только в средних и высоких широтах, а в тропических зонах и на экваторе оно может изменяться, в связи с явлением, о котором расскажем далее.

Истина №3. Ось вращения Земли наклонена по отношению к Солнцу на угол 23,44 градуса. Это в сочетании с тем, что Земля вращается вокруг Солнца, приводит к тому, что в разное время года для наблюдателя, находящегося в одной точке Земли, траектория движения Солнца по небесной сфере будет смещаться то выше, то ниже.

При более высоком положении Солнца над горизонтом его лучи будут падать на поверхность Земли под более тупым углом, а значит на единицу площади попадет больше света, чем в случае с более низким положением Солнца, — на этой территории потеплеет и со временем настанет лето. Обратный процесс приведет к похолоданию и наступлению зимы.

Из-за наклона земной оси получается, что когда в северном полушарии наступает зима, в южное полушарие приходит лето, и наоборот.

Понимая эти процессы, несложно догадаться, что Солнце будет восходить строго на востоке и заходить строго на западе только в дни весеннего и осеннего равноденствий, когда длина дня равна длине ночи. С марта по сентябрь Солнце будет подниматься на северо-востоке и садиться на северо-западе, а в период с сентября по март будет всходить на юго-востоке и садиться за горизонт на юго-западе.

Чтобы сказать, где Солнце будет в полдень, нужно знать, в какой точке Земли будет находиться наблюдатель.

Для примера рассмотрим период с июня по декабрь в северном полушарии. В этот период в средних и высоких широтах Солнце будет на юге. На экваторе Солнце будет вначале на севере, а затем окажется на юге. В районе тропиков картина будет схожа с картиной на экваторе за тем только исключением, что в северной стороне Солнце будет меньшее количество дней, и тем более будет выражено это различие, чем дальше от экватора и ближе к умеренной зоне будет находиться наблюдатель.

В период с июня по декабрь в северном полушарии будет наблюдаться обратная картина. Отметим, что стабильность будет только в средних и высоких широтах: здесь Солнце в течение всего года в полдень будет находиться на юге.

Глядя на эту схему, можно просчитать нахождение полуденного Солнца и в южном полушарии. Здесь по сравнением с северным полушарием все будет наоборот.

Истина №4. Земля вращается с угловой скоростью примерно 15 градусов в час. Поэтому и наблюдаемое с Земли движение Солнца по небосводу происходит примерно с той же скоростью.

Истина №5. Если стать лицом к северу, то за спиной окажется юг, справа — восток, а слева — запад.

Ну вот, с теоретической частью разобрались, а значит пора переходить непосредственно к рассмотрению методов ориентирования по Солнцу.

Где на нашей планете можно увидеть солнце в зените

Для удобства определения точек и положений объектов в масштабе планеты, вся Земля разделена по горизонтали и вертикали условными линиями — опоясывающие называются параллелями, и экватор, находящийся посередине, является самой длинной из них. Говоря о положении какой-то точки на планете с помощью параллелей, используют термин «широта».

Вертикальные линии — меридианы, соответствуют долготе. Все числовые значения широты и долготы обозначаются в градусах.

Благодаря форме Земли и наклону ее оси к Солнцу на 23°, положение светила относительно нашей планеты, которое определяется как зенит, возможно далеко не для каждой ее точки. Для большинства жителей это явление недоступно.

Падение солнечных лучей под прямым углом происходит только на экваторе и в пределах тропиков — между параллелями выше и ниже (южнее и севернее) линии экватора.

Северный (названный в честь созвездия Рака) и Южный (именуемый в честь Козерога) тропики условно ограничивают ту часть планеты, над которой в полдень возможно положение солнца в зените.

В день летнего солнцестояния — 22 июня, солнце в зените будет над параллелью, именуемой Северным тропиком, а в день зимнего солнцестояния, 21 декабря — над Южным. На всех широтах, расположенных между ними, положение солнца в зените можно наблюдать дважды в году.

Основные сведения о Солнце

Солнце — это ближайшая звезда к планете Земля, центральное небесное тело одноименной системы, имеющее форму шара и состоящее из раскаленных газов с температурой поверхности приближенной к 5505°C, а в центральной части разогретое до 13,5 миллионов градусов.

В диаметре Солнце почти в 110 раз больше планеты Земля — 1 392 000 километров.

Вокруг Солнца имеется атмосфера, состоящая из трех слоев — фотосферы, хромосферы и солнечной короны. Все излучение, которое люди могут воспринять с помощью зрения, относится к первому слою. Во время полного солнечного затмения можно наблюдать солнечную корону, которая в диаметре в разы превосходит свой источник.

Масса Солнца превышает земную в 333 тысячи раз, но его объем еще больше — в 1 миллион 304 тысячи раз, что значит меньшую плотность состава звезды.

Энергия, получаемая нашей планетой от Солнца, составляет лишь малую часть всей, излучаемой звездой, но она многократно превышает всю, вырабатываемую на Земле искусственно.

Оборот солнца вокруг своей оси происходит за 25,4 привычных нам двадцатичетырехчасовых суток.

Примерное расстояние от нашей планеты до Солнца — 149,5 миллионов километров, но эти величины так огромны с точки зрения преодоления, что меряются не линейными единицами, а временными с позиции движения света. Солнечный свет достигает Земли за 8 минут и 18 секунд (скорость его перемещения равна 300 000 километрам в секунду).

Вся Солнечная система постоянно смещается в космическом пространстве по направлению к созвездию Лиры. Скорость этого движения равна 20 километрам в секунду.

День и ночь

Когда у нас темно, то есть ночь, это говорит о том, что Солнце в данный отрезок времени освещает другое полушарие. Возникает вполне логичный вопрос, почему день не равен продолжительности ночи. Дело в том, что плоскость траектории не находится под прямым углом относительно земной оси. Ведь в таком случае мы не имели бы времен года, при которых отношение долготы дня и ночи меняется.

В 20-х числах марта в сторону Солнца наклоняется Северный полюс. Тогда приблизительно в полдень на линии экватора можно абсолютно точно сказать, что солнце в зените. Далее следуют дни, когда в более северных точках наблюдается подобное явление. Уже 22 июня солнце в зените располагается на тропике Рака, в северном полушарии этот день считается серединой лета и имеет максимальную долготу. Для нас наиболее привычным является определение — явление солнцестояния.

Интересно то, что после этого дня все происходит заново, только в обратном порядке, и продолжается до момента, когда на линии экватора в полдень солнце снова оказывается в зените – это случается 23 сентября. В это время середина лета наступает в южном полушарии.

Из всего этого следует, что когда солнце бывает в зените на экваторе, на всем земном шаре продолжительность ночи — 12 часов, такому же отрезку времени равен день. Мы привыкли называть это явление днем осеннего или весеннего равноденствия.

Несмотря на то что правильное объяснение понятия «солнце в зените» мы разобрали, все равно для нас более привычным будет формулировка, которая подразумевает под собой просто нахождение солнца максимально высоко в данный конкретный день.

Источник

Что такое закат

Опускаясь к западной линии горизонта, солнечный диск утрачивает яркость: сначала становится желтым, потом оранжевым, постепенно переходящий в красные тона. Вместе с ним изменяется окружающий небосвод: от золотистого до кроваво-красного, на синем, иногда зеленоватом фоне.

Любуясь закатом, стоит обратить внимание на прямо противоположную сторону: там возникает тень Земли в виде полосы голубовато-пепельного цвета, а над  ней яркий сегмент, называется Пояс Венеры. Если небо не затянуто тучами, то явление наблюдают в любой точке земного шара

Закат солнца

Чем ниже опускается Солнце за горизонт, тем насыщеннее цвета. Когда светило исчезает из видимости, появляются Лучи Будды, сначала интенсивные, потом с каждой минутой слабеют, пока не разливаются полосами красного цвета. С обратной стороны Пояс Венеры рассеивается, на то место восходит Луна, наступает ночь.

Где на нашей планете можно увидеть солнце в зените

Для удобства определения точек и положений объектов в масштабе планеты, вся Земля разделена по горизонтали и вертикали условными линиями — опоясывающие называются параллелями, и экватор, находящийся посередине, является самой длинной из них. Говоря о положении какой-то точки на планете с помощью параллелей, используют термин «широта».

Вертикальные линии — меридианы, соответствуют долготе. Все числовые значения широты и долготы обозначаются в градусах.

Благодаря форме Земли и наклону ее оси к Солнцу на 23°, положение светила относительно нашей планеты, которое определяется как зенит, возможно далеко не для каждой ее точки. Для большинства жителей это явление недоступно.

Падение солнечных лучей под прямым углом происходит только на экваторе и в пределах тропиков — между параллелями выше и ниже (южнее и севернее) линии экватора.

Северный (названный в честь созвездия Рака) и Южный (именуемый в честь Козерога) тропики условно ограничивают ту часть планеты, над которой в полдень возможно положение солнца в зените.

В день летнего солнцестояния — 22 июня, солнце в зените будет над параллелью, именуемой Северным тропиком, а в день зимнего солнцестояния, 21 декабря — над Южным. На всех широтах, расположенных между ними, положение солнца в зените можно наблюдать дважды в году.