Часовой угол солнца как определить

Измерение времени

1.Часовой угол и измерение времени. Для измерения времени мы пользуемся строго периодическими явлениями в природе: суточным вращением Земли вокруг своей оси и ее годичным обращением вокруг Солнца. Вращением Земли объясняется непрерывное изменение в положении светил относительно меридиана наблюдателя. Поэтому по изменению положения светил на небе можно определить величину угла поворота Земли вокруг оси, а по нему — час суток. Для измерения времени воспользуемся понятием часового угла. На рисунке 48 изображены экваториальные координаты и часовой угол t — угол между кругом склонения какой-нибудь точки М и меридианом наблюдателя NPZS. В противоположность углу а (альфа) часовой угол, вследствие вращения небесной сферы, с течением времени меняется равномерно.

Рисунок 48 — Часовой угол.

Дуга Aq, отсчитываемая по часовой стрелке от южной части меридиана наблюдателя до круга склонения, проходящего через точку М, называется часовым углом данной точки. Часовой угол t выражается в единицах времени.

Понятие о часовом угле позволяет точнее сформулировать способ измерения времени: истинное солнечное время, если считать его от полдня, измеряется часовым углом Солнца. Определяемое так время (час суток) называется, кроме того, местным временем, так как часовой угол Солнца в один и тот же момент для мест, лежащих на разных меридианах, различен. Например, когда Солнце находится на меридиане данного места (и там местный истинный полдень), на меридиане места, лежащего западнее, Солнце еще не достигло меридиана: полдень еще не наступил. Изменением часового угла Солнца измеряется протекший интервал времени.

2. Истинные солнечные сутки. Распределение трудового времени людей связано со сменой дня и ночи, и потому время в обиходе определяют по положению Солнца на небе.

Истинным полднем называется момент верхней кульминации центра солнечного диска. Истинными солнечными сутками называется промежуток времени между двумя верхними кульминациями центра видимого диска Солнца.

Продолжительность истинных солнечных суток меняется в течение года вследствие неравномерного движения Земли по орбите и наклона земного экватора к этой орбите. По указанным причинам продолжительность истинных солнечных суток меняется в течение года очень сложно.

Истинное солнечное время, измеряемое часовым углом Солнца, могут показывать только солнечные часы. Они представляют собой стержень или угольник, тень которого, играющая роль стрелки часов, перемещается по доске — циферблату. На доске начерчены линии, вдоль которых падает тень стержня в определенные часы дня. Возле этих линий надписаны обозначения часов дня. Солнечные часы бывают различных типов, но стержень их всегда должен быть направлен к полюсу мира.

3. Среднее солнечное время и уравнение времени. Неодинаковая продолжительность истинных солнечных суток в разное время года мешает пользоваться истинным солнечным временем. Поэтому на практике пользуются так называемым средним солнечным временем, которое течет совершенно равномерно и соответствует часу средних суток, а средние сутки — это средняя продолжительность истинных суток.

Разность: среднее время минус истинное время — называется «уравнением времени». Иными словами, уравнение времени есть та алгебраическая величина, которую надо прибавить (с ее знаком плюс или минус) к истинному времени, чтобы получить среднее время. Изменение уравнения времени показано на рисунке 49. Наибольшее значение уравнения времени составляет 16,5 мин. (со знаком минус — около 3 ноября).

Рисунок 49 — График изменения уравнения времени.

Для получения среднего времени к показанию солнечных часов, дающих истинное солнечное время, надо прибавить уравнение времени с его знаком на данный день года. Его величину легко отсчитать для любого дня года, пользуясь кривой рисунка 49. Во всех астрономических календарных справочниках приводятся таблицы уравнения времени.

Источник

Расчет кажущегося положения Солнца

Теперь можно рассчитать кажущееся положение Солнца: высотаh и азимут А — в любой точке на широте φ в любое время суток в соответствии с углом τ и в любое время года в соответствии с углом склонения δ.

Мы же приведем результат в простейшем виде:

(3.4)

(3.5)

где φ — географическая широта ;

— склонение Солнца определяется по формуле ;

, град -часовой угол;

, (3.6)

где — солнечное время в часах, отсчитываемое от астрономического полудня.

Очевидно, в полдень высота Солнца h максимальна, h = 90° -φ +δ.

Во время летнего солнцестояния высота Солнца в нашей местности в момент кульминации составляет: h = 90˚- φ + δ_☼ = 90˚ — 56,5˚ +23,5˚=57˚, во время зимнего солнцестояния h = 90˚- φ + δ_☼= 90˚ — 56,5˚ — 23,5˚=10˚, а в дни равноденствий, когда Солнце находится на небесном экваторе- δ_☼=0, h = 33,5˚.

Часовой угол захода(восхода) Солнца

При восходе и заходе Солнца h = 0. Из уравнения (3.4) видно, что это произойдет при углах τ в каждом из двух случаев, близких к полудню, для которых при h = 0 из уравнение имеем:

(3.7)

(3.8)

Тогда часовой угол захода (восхода) Солнца для горизонтальной поверхности

τ=arccos(-tg tg ) (3.9)

ЛЕКЦИЯ 5

Тема: Фотоэлектрические преобразование солнечной энергии

Источник

1 Годовое движение Солнца и эклиптическая система координат

Солнце наряду с суточным вращением медленно в течение года перемещается по небесной сфере в противоположном направлении по большому кругу, называется эклиптикой. Эклиптика наклонена к небесному экватору под углом Ƹ, Величина которого в настоящее время близка к 23 26´. Эклиптика пересекается с небесным экватором в точке весеннего ♈ (21 марта) и осеннего Ω (23 сентября) равноденствий. Точки эклиптики, отстоящие от равноденственных на 90 , есть точки летнего (22 июня) и зимнего (22 декабря) солнцестояний. Экваториальные координаты центра солнечного диска непрерывно изменяются в течении года от 0h до 24 h (прямое восхождение) – эклиптическая долгота ϒm, отсчитывается от точки весеннего равноденствия до круга широты. И от 23 26´ до -23 26´ (склонение) – эклиптическая широта, отсчитывается от 0 до +90 к северному полюсу и 0 до -90 к южному полюсу. Зодиакальными созвездиями называются созвездия, которые находятся на линии эклиптики. Находится на линии эклиптики 13 созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы и Змееносец. Но созвездие Змееносца не упоминается, хотя Солнце и находится в нём большую часть времени созвездий Стрельца и Скорпиона. Сделано это для удобства. При нахождении Солнца под горизонтом на высотах от 0 до -6 — длятся гражданские сумерки, а от -6 до -18 — астрономические сумерки.

2 Измерение времени

Измерение времени основано на наблюдениях суточного вращения свода и годичного движения Солнца, т.е. вращения Земли вокруг своей оси и на обращении Земли вокруг Солнца.

Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются:

— Точка весеннего равноденствия ♈ (звёздное время);

— Центр видимого диска Солнца (истинное Солнце, истинное солнечное время);

— среднее Солнце – фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени (среднее солнечное время)

Для измерения длинных промежутков времени служит тропический год, основанный на движении Земли вокруг Солнца.

Тропический год – промежуток времени, между двумя последовательными прохождениями центра истинного центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Он содержит 365,2422 средних солнечных суток.

Из-за медленного движения точки весеннего равноденствия навстречу Солнцу, вызванного прецессией, относительно звёзд Солнце оказывается в той же точке неба через промежуток времени на 20 мин. 24 сек. больший, чем тропический год. Он называется звёздным годом и содержит 365,2564 средних солнечных суток.

3 Звёздное время

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звёздными сутками.

Звёздное время измеряется часовым углом точки весеннего равноденствия: S=t_♈, и равно сумме прямого восхождения и часового угла любой звезды: S = α + t.

Звёздное время в любой момент равно прямому восхождению какого — либо светила плюс его часовой угол.

В момент верхней кульминации светила его часовой угол t=0, а S = α.

4 Истинное солнечное время

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями Солнца (центра солнечного диска) на одном и том же географическом меридиане называется истинными солнечными сутками.

За начало истинных Солнечных суток на данном меридиане принимают момент нижней кульминации Солнца (истинная полночь).

Время, протекающее от нижней кульминации Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях истинных солнечных суток называется истинным солнечным временем Т_ʘ

Истинное солнечное время выражается через часовой угол Солнца, увеличенный на 12 часов: Т_ʘ = t_ʘ + 12 h

5 Среднее солнечное время

Для того, чтобы сутки имели постоянную продолжительность и при этом были связаны с движением Солнца, в астрономии введены понятия двух фиктивных точек:

— средне эклиптического и средне экваториального Солнца.

— Среднее эклиптическое Солнце (ср.эклип.С.) равномерно движется по эклиптике со средней скоростью.

— Среднее экваториальное Солнце движется по экватору с постоянной скоростью среднего эклиптического Солнца и одновременно с ним проходит точку весеннего равноденствия.

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями среднего экваториального Солнца на одном и том же географическом меридиане, называется средними солнечными сутками.

Время, протекающее от нижней кульминации среднего экваториального Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях средних солнечных суток называется средним солнечным временем Т_m.

Средне солнечное время Т_m на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу Солнца: Т_m = t_m + 12 h

6 Всемирное, поясное и декретное время

Местное среднее солнечное время гринвичского меридиана называется всемирным или мировым временем Т_0.

Местное среднее солнечное время любого пункта на Земле определяется: Т_m= Т₀ + λ h

Счёт времени ведётся на 24 основных географических меридиана, расположенных друг от друга на долготе точно через 15 (или 1 час) приблизительно посредине каждого часового пояса. Основным нулевым меридианом считается гринвичский. Поясное время есть всемирное время плюс номер часового пояса: Т_П= Т₀ + n

В России в практической жизни до марта 2011 г. использовалось декретное время:

Декретное время второго часового пояса, в котором располагается Москва, называют московским временем. В летний период (апрель-октябрь) стрелки часов переводились на час вперёд, а в зимний возвращались на час назад.

7 Рефракция

Видимое положение светил над горизонтом отличается от вычисленного по формулам. Лучи от небесного объекта, прежде чем попасть в глаз наблюдателя, проходят сквозь атмосферу Земли и преломляются в ней. И так ка плотность увеличивается к поверхности Земли, то луч света всё более отклоняется в одну и ту же сторону по кривой линии, так что направление ОМ₁, по которому наблюдатель видит светило, оказывается отклонённым в сторону зенита и не совпадает с направлением ОМ₂, по которому бы он видел светило при отсутствии атмосферы.

Явление преломления световых лучей при прохождении земной атмосферы называется астрономической рефракцией. Угол М₁ОМ₂ называют углом рефракции или рефракцией ρ.

Угол ZOM₁ называется видимым зенитным расстоянием светила zʹ, а угол ZOM₂ – истинным зенитным расстоянием z: z — zʹ = ρ, т.е. истинное расстояние светила больше видимого на величину ρ.

На линии горизонта рефракция в среднем равна 35ʹ.

Вследствие рефракции наблюдаются изменения формы дисков Солнца и Луны при их восходе или заходе.

Источник