«Солнце в зените» — что значит это выражение? Как понять, что солнце находится в зените
Часто можно услышать выражение «солнце в зените». Что это значит? Где, в какой точке небосвода можно увидеть светило в этот момент, и как такая позиция отличается от других его положений и состояний? В какое время суток или года это происходит? И, если солнце в зените — что это значит для жителей планеты Земля?
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.
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.
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.
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.
Как солнце в наивысшей точке небосвода вдохновляет поэтов
Небесные светила, оба — и царствующее днем, и главенствующее ночью — вдохновляют людей искусства на написание картин, музыки, литературных произведений разных форм.
Среди них и молодая московская поэтесса, лауреат Пушкинского молодежного фестиваля «С веком наравне» Кира Тихонова (в девичестве Данилянц).
Солнце в зените, пальто в снегу.
Вверх по улице волоку
Санки, тяжелые, как чугун,
И под общий хохот и визг
Я, разгоняясь, слетаю вниз,
В кучу барахтающихся лиц,
Огненных от мороза.
Снега как в тундре, праздник детей!
Мы настроили крепостей,
Мы на улице целый день,
В мокрой насквозь одежде.
Мы затеяли снежный бой.
Мы в темноте приходим домой,
Разгоряченные, как из парной,
Хоть выжимай и вешай!
Солнце в зените, шорты в пыли.
В куче хохочущей ребятни
Красный, с ржавчиной на руле
Старый велик несется.
Колени в зеленке, сбиты опять.
Солнце как в тропиках — тридцать пять!
Рады гоняться и догонять
Под этим палящим солнцем.
Нету айпада, планшета нет,
До первых компьютеров — десять лет.
Детство, радостное, как свет,
Помнится через дымку.
Солнце в зените. Комбинезон.
Мой старший ребенок с хмурым лицом
Снег брезгливо пинает носком
И начинающий автор родом из подмосковного города Мытищи Виктория Викольская.
Обожаю те ясные дни,
Когда солнце приходит в зенит.
И утром приходит в зенит,
И под вечер приходит в зенит
А вовсе не только в полудень.
Даже если на улице студень,
Даже если холодно людям,
Прогуляться солнце манит
Потому что приходит в зенит!
Озаряют лучи мир с утра —
Это очень даже обычно.
Но чего-то все ж необычно.
И что же тут необычно?
Так сегодня, так было вчера.
Да само то здесь столь необычно:
Что солнцу, ему безразлично,
Какая в мире пора.
Пусть любая в мире пора —
Озаряют лучи мир с утра.
Обожаю те ясные дни,
Когда солнце приходит в зенит.
Что же значит — приходит в зенит?
Это значит — на небе ни тучи,
И утром на небе ни тучи,
И под вечер на небе ни тучи.
Блеснувший на стеклышке лучик.
На древесном листике лучик.
Иль высокие мощные кручи
Озаряет тот солнечный лучик.
Даже если хмурятся тучи —
Если есть хоть один этот лучик,
То значит — не пасмурны дни.
А если не пасмурны дни,
Как бы ни был неярок тот лучик,
Он сильнее, чем хмурые тучи!
Потому что пробился сквозь тучи,
Подаренный солнцем могучим.
Если лучик пробился сквозь тучи,-
То, значит, не пасмурны дни,
Если есть хоть один этот лучик,-
Значит солнце приходит в зенит!
Пусть это не совсем верно с точки зрения науки, зато тепло и действительно солнечно.
Солнце в зените как символ
В каждом учении, опирающемся на символизм, солнцу отведено особое место. В отношении светила как знака, имеющего влияние на расшифровку сновидений, можно встретить различные трактовки в разных сборниках.
Если приснилось солнце в зените — что это значит, и как понять такое видение? Вот несколько значений сна:
- удовлетворенное честолюбие и исчерпанные (в других вариантах — безграничные) возможности сновидца;
- удачный выбор поклонников и успешное осуществление тщательно подготовленного плана личного процветания;
- счастье и вознагражденные обоснованные амбиции;
- продвижение по карьерной лестнице;
- удача во всем.
Можно сказать, что солнце способно радовать людей, согревать и дарить им свое покровительство не только днем, во время бодрствования, но и ночью, даже во сне. Не обязательно верить в тонкие связи между событиями и явлениями, пограничные научным знаниям, чтобы сбывались добрые предсказания — достаточно просто не сомневаться в хорошем и светлом предстоящем.
Источник
Зенитный угол Солнца — Solar zenith angle
Зенитный угол Солнца угла между лучами солнца и вертикальным направлением . Он тесно связан с углом солнечной высоты, который представляет собой угол между солнечными лучами и горизонтальной плоскостью. Поскольку эти два угла дополняют друг друга, косинус одного из них равен синусу другого. Оба они могут быть рассчитаны по одной и той же формуле, используя результаты сферической тригонометрии . В солнечный полдень зенитный угол минимален и равен широте минус угол склонения Солнца . Это основа, на которой древние мореплаватели путешествовали по океанам.
СОДЕРЖАНИЕ
Формула
- θ s <\ displaystyle \ theta _
>
является угол солнечного зенита - α s <\ displaystyle \ alpha _
>— угол солнечной высоты , = 90 ° — α s <\ displaystyle \ alpha _ >θ s <\ displaystyle \ theta _ > - час <\ displaystyle h>— часовой угол по местному солнечному времени .
- δ <\ displaystyle \ delta>текущее склонение Солнца
- Φ <\ displaystyle \ Phi>это местная широта .
Вывод формулы с использованием подсолнечного точечного и векторного анализа
Хотя формулу можно получить, применив закон косинуса к сферическому треугольнику зенит-полюс-Солнце, сферическая тригонометрия — относительно эзотерический предмет.
Вводя координаты подсолнечной точки и используя векторный анализ, формула может быть получена прямо без использования сферической тригонометрии.
В геоцентрической декартовой системе координат, центрированной по центру Земли ( ECEF ), пусть и будут долготой и широтой или координатами подсолнечной точки и точки наблюдателя, затем направленными вверх единичными векторами в двух точках и , находятся ( ϕ s , λ s ) <\ displaystyle (\ phi _ , \ lambda _ )> 
( ϕ о , λ о ) <\ displaystyle (\ phi _ S <\ displaystyle \ mathbf > V о z <\ displaystyle \ mathbf
S знак равно потому что ϕ s потому что λ s я + потому что ϕ s грех λ s j + грех ϕ s k <\ displaystyle \ mathbf = \ cos \ phi _ \ cos \ lambda _ <\ mathbf > + \ cos \ phi _ \ sin \ lambda _ < \ mathbf <\ mathbf , V о z знак равно потому что ϕ о потому что λ о я + потому что ϕ о грех λ о j + грех ϕ о k <\ displaystyle \ mathbf .
где , и — базисные векторы в системе координат ECEF. я <\ displaystyle <\ mathbf >> j <\ displaystyle <\ mathbf k <\ displaystyle <\ mathbf
Теперь косинус зенитного угла Солнца является просто скалярным произведением двух вышеуказанных векторов. θ s <\ displaystyle \ theta _ >
потому что θ s знак равно S ⋅ V о z знак равно грех ϕ о грех ϕ s + потому что ϕ о потому что ϕ s потому что ( λ s — λ о ) <\ displaystyle \ cos \ theta _ = \ mathbf \ cdot \ mathbf + \ cos \ phi _ \ cos (\ lambda _ — \ lambda _ .
Обратите внимание, что это то же самое , что и склонение Солнца, и эквивалентно , где — часовой угол, определенный ранее. Таким образом, приведенный выше формат математически идентичен приведенному ранее. ϕ s <\ displaystyle \ phi _ > δ <\ displaystyle \ delta> λ s — λ о <\ displaystyle \ lambda _ — \ lambda _ — час <\ displaystyle -h> час <\ displaystyle h>
Кроме того, Ref. аналогичным образом вывели формулу для азимутального угла Солнца без использования сферической тригонометрии.
Минимум и максимум
В любом заданном месте в любой заданный день зенитный угол Солнца достигает своего минимума в местный солнечный полдень, когда часовой угол , или , а именно,, или . Если это полярная ночь. θ s <\ displaystyle \ theta _ > θ м я п <\ displaystyle \ theta _ час знак равно 0 <\ displaystyle h = 0> λ s — λ о знак равно 0 <\ displaystyle \ lambda _ — \ lambda _ потому что θ м я п знак равно потому что ( | ϕ о — ϕ s | ) <\ Displaystyle \ соз \ тета _ <мин>= \ соз (| \ фи _ <о>— \ фи _ |)> θ м я п знак равно | ϕ о — ϕ s | <\ displaystyle \ theta _ |> 90^<\circ >>»> θ м я п > 90 ∘ <\ displaystyle \ theta _ 90 ^ <\ circ>>»>
И в любом месте в любой день зенитный угол Солнца достигает своего максимума в местную полночь, когда часовой угол , или , а именно,, или . Если это полярный день. θ s <\ displaystyle \ theta _ > θ м а Икс <\ displaystyle \ theta _ час знак равно — 180 ∘ <\ displaystyle h = -180 ^ <\ circ>> λ s — λ о знак равно — 180 ∘ <\ displaystyle \ lambda _ — \ lambda _ потому что θ м а Икс знак равно потому что ( 180 ∘ — | ϕ о + ϕ s | ) <\ displaystyle \ cos \ theta _ |)> θ м а Икс знак равно 180 ∘ — | ϕ о + ϕ s | <\ displaystyle \ theta _ |> θ м а Икс 90 ∘ <\ displaystyle \ theta _
Предостережения
Рассчитанные значения являются приблизительными из-за различия между общей / геодезической широтой и геоцентрической широтой . Однако эти два значения отличаются менее чем на 12 угловых минут , что меньше видимого углового радиуса Солнца.
Формула также не учитывает влияние атмосферной рефракции .
Приложения
Восход закат
Закат и восход солнца происходят (приблизительно), когда зенитный угол равен 90 °, где часовой угол h 0 удовлетворяет
потому что час 0 знак равно — загар Φ загар δ . <\ displaystyle \ cos h_ <0>= — \ tan \ Phi \ tan \ delta.>
Точное время заката и восхода происходит тогда, когда верхняя часть Солнца, преломленная атмосферой, оказывается на горизонте.
Альбедо
Средневзвешенный зенитный угол, используемый при вычислении местного альбедо Земли , определяется выражением
потому что θ s ¯ знак равно ∫ — час 0 час 0 Q потому что θ s d час ∫ — час 0 час 0 Q d час <\ displaystyle <\ overline <\ cos \ theta _ >> = <\ frac <\ int _ <- h_ <0>> ^ <\ текст
Резюме специальных углов
Например, угол возвышения Солнца равен:
- 90 °, если вы находитесь на экваторе, в день равноденствия, в двенадцатый солнечный час.
- около 0 ° на закате или на восходе
- от -90 ° до 0 ° ночью (полночь)
Дан точный расчет положения Солнца . Другие приближения существуют в другом месте.
Источник