Форма солнца вблизи горизонта

Форма солнца вблизи горизонта

Приплюснутая форма небесного свода приводит к возникновению ряда зрительных обманов. Прежде всего, это кажущееся увеличение размеров Солнца, Луны, созвездий и других объектов на небосводе, находящихся близко к горизонту.

Все, наверное, обращали внимание на то, что, когда Солнце поднимается из-за горизонта или, наоборот, опускается к нему, оно кажется очень большим. При высоком положении на небосводе, например летом в околополуденные часы, Солнце совсем маленькое, примерно в три-четыре раза меньше. Точно так же Луна и созвездия у горизонта кажутся в два-три раза больше, чём в верхней кульминации. Угловые размеры всех объектов на небосводе кажутся увеличенными, если они располагаются ниже 35° и, наоборот, уменьшенными при их высоте более 35° над горизонтом.

Аналогично тому, как мы переоцениваем размеры Солнца и Луны у горизонта, мы переоцениваем количество облаков, если они находятся в основном вблизи горизонта, и недооцениваем, если они разбросаны в околозенитной части неба.

Здесь следует сказать, что количество облаков (балл облачности) -один из основных метеорологических элементов, сведения о котором передаются по нескольку раз в сутки со всей многотысячной сети метеорологических станций мира, и он не измеряется приборами, а оценивается визуально. Метеорологи в своей повседневной работе, определяя балл облачности, привыкли учитывать этот оптический обман. Если же балл облачности оценивает неподготовленный человек, новичок в этом деле, расхождения с данными опытного наблюдателя могут быть в несколько баллов!

Сплюснутая форма небосвода приводит и к другой оптической иллюзии. Мы завышаем не только кажущиеся размеры Солнца, Луны, созвездий, облаков и других объектов у горизонта, но и их высоту над горизонтом.

Мы привыкли считать, что летом, в полуденное время, даже в средних широтах Солнце стоит почти в зените. На самом деле максимальная высота Солнца летом в полдень в Ленинграде не превышает 54°, в Москве 57°, в Одессе 68°. Даже зимой, когда полуденная высота Солнца в Ленинграде в январе — феврале составляет только 10—15°, нам кажется, что Солнце стоит значительно выше.

Так же мы переоцениваем и высоты облаков на небосводе. Например, отдельные облака находятся над горизонтом на высотах 5, 10 и 30°, нам же кажется, что их высота значительно больше. Мы неправильно оцениваем высоты и других явлений, наблюдаемых на небосводе: загорания метеоритов, полярных сияний, полета самолетов и т. п.

Об этом оптическом обмане писал в своей „Метеорологике» еще Аристотель, однако научное объяснение было дано ему значительно позже, в XI в., арабским ученым Альгазеном (Абу Али Хайсамом).

Попробуем объяснить, как возникает иллюзия увеличения размеров всех предметов у горизонта. На рис. 3.4 изображен небосвод и Луна на разных высотах над горизонтом. Как говорилось выше, зрительно мы не чувствуем, что Солнце находится далеко от Земли, а Луна значительно ближе. Все, что мы видим в небе, мы проецируем на него, как на экран. Из-за сплюснутости неба этот экран оказывается от нас далеким в направлении на горизонт и значительно более близким в направлении на зенит. Угловой диаметр как Солнца, так и Луны при любом их положении на небе одинаков (32′), а вот линейные размеры при проектировании на близкий экран (в зените) кажутся маленькими, а при проектировании на далекий экран (у горизонта) — большими.

Читатель может легко убедиться сам, что Луна только кажется большой у горизонта, что это самый настоящий зрительный обман. Проделайте следующий эксперимент. Держите сложенные вместе три спички в вытянутой перед собой руке. Для человека среднего роста расстояние спичек от глаза составляет примерно 75 см, а поперечник спичек 6 мм. Спички закрывают на небосводе угол около ½°, т. е. равный диаметру Луны или Солнца. Закройте Луну спичками при ее высоком положении на небосводе, когда она кажется маленькой, а затем еще раз, когда она опустится к горизонту и будет казаться в несколько раз больше. К своему удивлению, вы обнаружите, что спичками можно закрыть Луну при любом ее положении, т. е. что размер Луны не изменяется.

Существует и другое объяснение этого зрительного обмана. Всем хорошо известно, что чем дальше от нас на земной поверхности находится любой предмет, тем под меньшим углом мы его видим. Это явление перспективы. Луна находится от Земли на расстоянии очень большом (384000 км) по сравнению с расстояниями до наземных предметов, и при ее приближении к горизонту видимого уменьшения ее размеров не происходит. Мы же зрительно ожидаем, что размер Луны при ее опускании к горизонту должен уменьшиться, как у всех видимых в поле зрения предметов у горизонта. Поскольку этого не происходит, то создается впечатление, что Луна становится больше, чем ей следовало быть. Она кажется больше не потому, что в действительности увеличивается, а потому, что не сокращается в размерах, как остальные предметы. В пользу такого объяснения говорит следующий эксперимент. Сделайте длинную, например, картонную трубку и посмотрите через нее на низко стоящую Луну. Неожиданно обнаружится, что Луна уменьшилась до обычных размеров, потому что мы не видим теперь других предметов у горизонта и их перспективного уменьшения. Уберите трубку, и Луна снова становится большой!

Следует признать, что и в настоящее время до конца не исследовано, почему небесный свод имеет такую форму и как объясняется кажущееся увеличение Солнца, Луны, облаков и других предметов на небосводе у горизонта. Вероятно, большую роль играют психофизиологические особенности нашего зрения. Если мы смотрим вверх, не поднимая головы, то все предметы кажутся нам уменьшенными по сравнению с тем, какими они кажутся на том же расстоянии по горизонтали. Например, человек, стоящий на парашютной вышке высотою 75 м, кажется совсем маленьким, но этот же человек на расстоянии 75 м на Земле от нас — большим. Другой пример. Найдите вечером звезду на небе, которая, как вам кажется, находится около зенита. Повернитесь вполоборота и посмотрите на ту же самую звезду. Вы увидите, что она совсем не в зените, ее высота не более 70°.

Источник

Видимое годовое движение солнца на небесной сфере

Истинное движение Земли — Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере — Небесный экватор и плоскость эклиптики — Экваториальные координаты Солнца в течение года

Истинное движение Земли

Чтобы понять принцип видимого движения Солнца и других светил на небесной сфере, рассмотрим сперва истинное движение Земли. Земля является одной из планет солнечной системы. Она непрерывно вращается вокруг своей оси.

Период вращения ее равен одним суткам, поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с востока на запад с тем же периодом.

Наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты

Но Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается также вокруг Солнца по эллиптической орбите. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за один год. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33′. Положение оси в пространстве при движении Земли вокруг Солнца все время остается почти неизменным. Поэтому Северное и Южное полушария попеременно бывают обращены в сторону Солнца, в результате чего на Земле происходит смена времен года.

При наблюдении неба можно заметить, что звезды на протяжении многих лет неизменно сохраняют свое вза­имное расположение.

Звезды “неподвижны” лишь потому, что находятся очень далеко от нас. Расстояние до них так велико, что с любой точки земной орбиты они видны одинаково.

А вот тела же солнечной системы — Солнце, Луна и планеты, которые нахо­дятся сравнительно недалеко от Земли, и смену их положений мы можем легко заметить. Таким образом, Солнце наравне со всеми светила­ми участвует в суточном движении и одновременно имеет собст­венное видимое движение (оно называется годовым движением), обусловленное движением Земли вокруг Солнца.

Представьте себе картину — Луна взяла и исчезла с орбиты Земли. Чем нам может грозить такой поворот событий? Подробнее об этом

Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере

Наиболее просто годовое движение Солнца можно объяснить по рисунку приведенному ниже. Из этого ри­сунка видно, что в зависимости от положения Земли на орбите наблюдатель с Земли будет видеть Солнце на фоне разных со­звездий. Ему будет казаться, что оно все время перемещается по небесной сфере. Это движение является отражением обращения Земли вокруг Солнца. За год Солнце сделает полный оборот.

Что представляет собой эклиптика

Большой круг на небесной сфере, по которому происходит ви­димое годовое движение Солнца, называется эклиптикой. Эклиптика — слово греческое и в переводе означает затмение. Этот круг назвали так потому, что затмения Солнца и Луны про­исходят только тогда, когда оба светила находятся на этом круге.

Следует отметить, что плоскость эклиптики совпадает с плос­костью орбиты Земли.

Видимое годовое движение Солнца по эк­липтике происходит в том же направлении, в котором Земля движется по орбите вокруг Солнца, т. е. оно перемещается к востоку. В течение года Солнце последовательно проходит по эк­липтике 12 созвездий, которые образуют пояс Зодиака и называются зодиакальными.

Пояс Зодиака образуют следующие созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Ко­зерог и Водолей. Вследствие того, что плоскость земного экватора наклоне­на к плоскости орбиты Земли на 23°27 ‘ , плоскость небесного эк­ватора также наклонена к плоскости эклиптики на угол е=23°27′.

Наклон эклиптики к экватору не сохраняется постоян­ным (вследствие воздействия на Землю сил притяжения Солнца и Луны), поэтому в 1896 г. при утверждении астрономических постоянных ре­шено было наклон эклиптики к экватору считать усредненно равным 23°27’8″,26.

Небесный экватор и плоскость эклиптики

Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называются точками весеннего и осеннего равноденствий. Точку весеннего равноденствия принято обозначать знаком созвездия Овен Т, а точку осеннего равноденствия — знаком созвездия Весов —. Солнце в этих точках соответственно бывает 21 марта и 23 сентября. В эти дни на Земле день равен ночи, Солнце точно восходит в точке восто­ка и заходит в точке запада.

Точки весеннего и осеннего равноденствия – места пересечения экватора и плоскости эклиптики

Точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствий на 90°, называются точками солнцестояний. Точка Е на эклип­тике, в которой Солнце занимает самое высокое положение отно­сительно небесного экватора, называется точкой летнего солнцестояния, а точка Е’, в которой оно занимает самое низкое поло­жение, называется точкой зимнего солнцестояния.

В точке летне­го солнцестояния Солнце бывает 22 июня, а в точке зимнего солнцестояния — 22 декабря. В течение нескольких дней, близ­ких к датам солнцестояний, полуденная высота Солнца остается почти неизменной, в связи с чем эти точки и получили такое на­звание. Когда Солнце находится в точке летнего солнцестояния день в Северном полушарии самый длинный, а ночь самая корот­кая, а когда оно находится в точке зимнего солнцестояния — на­оборот.

В день летнего солнцестояния точки восхода и захода Солнца максимально удалены к северу от точек востока и запада на го­ризонте, а в день зимнего солнцестояния они имеют наибольшее удаление к югу.

Движение Солнца по эклиптике приводит к непрерывному из­менению его экваториальных координат, ежедневному изменению полуденной высоты и перемещению по горизонту точек восхода и захода.

Известно, что склонение Солнца отсчитывается от плоскости небесного экватора, а прямое восхождение — от точки весеннего равноденствия. Поэтому когда Солнце находится в точке весен­него равноденствия, его склонение и прямое восхождение равны нулю. В течение года склонение Солнца в настоящий период из­меняется от +23°26′ до —23°26′, переходя два раза в год через нуль, а прямое восхождение от 0 до 360°.

Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов? Давайте разберемся! Подробнее об этом

Экваториальные координаты Солнца в течение года

Экваториальные координаты Солнца в течение года изменя­ются неравномерно. Происходит это вследствие неравномерности движения Солнца по эклиптике и движения Солнца по эклиптике и наклона эклиптики к экватору. Половину своего видимого годо­вого пути Солнце проходит за 186 суток с 21 марта по 23 сентяб­ря, а вторую половину за 179 суток с 23 сентября по 21 марта.

Неравномерность движения Сол­нца по эклиптике связана с тем, что Земля на протяжении всего периода обращения вокруг Солнца движется по орбите не с оди­наковой скоростью. Солнце находится в одном из фокусов эллип­тической орбиты Земли.

движение Земли по орбите

Из второго закона Кеплера известно, что линия, соединяющая Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные площади. Согласно этому закону Земля, находясь ближе всего к Солнцу, т. е. в перигелии, движется быстрее, а находясь дальше всего от Солнца, т. е. в афелии — медленнее.

Ближе к Солнцу Земля бывает зимой, а летом — дальше. Поэтому в зим­ние дни она движется по орбите быстрее, чем в летние. Вследст­вие этого суточное изменение прямого восхождения Солнца в день зимнего солнцестояния равно 1°07′, тогда как в день летнего солнцестояния оно равно только 1°02′.

Различие скоростей движения Земли в каждой точке орбиты вызывает неравномерность изменения не только прямого восхож­дения, но и склонения Солнца. Однако за счет наклона эк­липтики к экватору его изменение имеет другой характер. Наиболее быстро склонение Солнца изменяется вблизи точек равноденствия, а у точек солнцестояния оно почти не из­меняется.

Знание характера изменения экваториальных координат Солн­ца позволяет производить приближенный расчет прямого восхож­дения и склонения Солнца.

Для выполнения такого расчета бе­рут ближайшую дату с известными экваториальными координа­тами Солнца. Затем учитывают, что прямое восхождение Солнца за сутки изменяется в среднем на 1°, а склонение Солнца в тече­ние месяца до и после прохождения точек равноденствия изме­няется на 0,4° в сутки; в течение месяца перед солнцестояниями и после них — на 0,1° в сутки, а в течение промежуточных меся­цев между указанными — на 0,3°.

Источник

«Иллюзия Луны»

Нам кажется, что Солнце или Луна на закате (или на восходе) выглядят больше, когда они высоко в небе. Именно кажется, я не случайно выделил это слово. Все происходит у нас в мозгу, на сетчатке глаза их диаметр в любом случае остается одинаковым. Есть несколько объяснений этого эффекта и, кстати, к единому мнению, почему так происходит, ученые еще не пришли.

А то, что происходит в мозгу, иллюстрирует этот рисунок

Наш мозг считая, что это изображение обладает глубиной, принимает все объекты за размещенные в пространстве. Верхний отрезок воспринимается как расположенный дальше, чем нижний. А при условии, что оба отрезка оставляют равный след на сетчатке глаза, но один из них дальше, мозг посылает сознанию сигнал, что верхний отрезок больше.

Тот же эффект мы видим и на этом рисунке

А теперь вернемся к Солнцу и Луне.
Интуитивно наш мозг видит небо в виде приплюснутого купола, полагая, что объекты, расположенные ближе к горизонту находятся значительно дальше, чем объекты, которые находятся над головой. Облака в небе — хороший пример этого эффекта. Облака у горизонта, находятся дальше и кажутся меньше, чем облака, которые находятся над наблюдателем. И мозг считает, что Луна у горизонта, по аналогии с облаками, должна быть меньше. А так как в действительности ее размер не меняется, то мозг сам увеличивает ее. И нам кажется, что Луна больше. Кроме того, мозг сравнивает Луну с предметами, находящимися у горизонта, например, с уменьшившимися в размерах деревьями. С Солнцем наш мозг поступает так же.

То, что увеличение размера Луны это только иллюзия, подтверждают и нехитрые опыты.
Сделайте бумажную трубку и посмотрите через нее на низко стоящую Луну. Неожиданно обнаружится, что Луна уменьшилась до обычных размеров, потому что мы не видим теперь других предметов у горизонта и их перспективного уменьшения. Уберите трубку, и Луна снова становится большой!

Еще можно сделать две фотографии Луны: когда она находятся высоко в небе и когда у горизонта. Размер диска на фотографиях будет одинаковым (естественно, что фото нужно делать при одинаковом фокусном расстоянии объектива).
Изменение размера — это всего лишь иллюзия, оптический обман, порождаемый «обработкой» изображения нашим мозгом!

Иногда на восходе или на закате можно наблюдать приплюснутость, а порою и совсем странные искажения солнечного или лунного диска. Чаще всего такие искажения наблюдаются у Солнца на закате в тихие безоблачные дни. Всему виной рефракция — преломление лучей в атмосфере Земли.

Луч света, идущий, например, от звезды (точка 1), искривляется в атмосфере и мы видим звезду выше её истинного положения, в точке 2.

Это значит, что благодаря рефракции мы видим звезду, уже зашедшую за горизонт. Чем выше над горизонтом находится звезда, тем меньшую толщу атмосферы приходится преодолевать лучу, и тем меньшие возникают преломления.

С Солнцем немного сложнее. По аналогии с приведенной выше картинкой, при заходе Солнца, когда оно уже опустилось за горизонт, мы продолжаем его видеть — рефракция приподнимает диск. А на восходе Солнце еще находится под горизонтом, а мы, благодаря рефракции, его уже видим. Т.е. день для нас наступает раньше, а заканчивается позже. Но Солнце, в отличие от звезды, имеет видимые размеры. И лучи, идущие от его нижнего края, преломляются сильнее, чем те, которые идут от верхнего. Это происходит потому, что нижним лучам приходится преодолевать большую толщу атмосферы Земли. И, соответственно, преломляются они по разному, нижний край приподнимается немного сильнее верхнего — диск оказывается сплюснутым.

Источник