Погружение солнца под горизонт

Погружение солнца под горизонт

Под сумерками понимают весь комплекс оптических явлений, совершающихся в атмосфере, когда Солнце находится вблизи горизонта, т. е. в период времени, разделяющий дневные условия освещения от ночи.

Основным фактором, определяющим ход этих явлений, служит рассеяние солнечного света в земной атмосфере и связанное с ним ослабление прямых лучей Солнца. Когда последнее склоняется к горизонту, то путь его лучей сквозь атмосферу увеличивается, и их яркость ослабевает, что ведет к уменьшению освещенности земной поверхности как прямым светом Солнца, так и светом, рассеянным атмосферой. В дневных условиях эта зависимость освещенности от высоты Солнца над горизонтом невелика. Но когда Солнце опускается до 5-10 o над горизонтом, процесс убывания освещенности резко ускоряется. Наступление ускоренного убывания освещенности и следует считать началом сумерек.

Одновременно начинает уменьшаться и относительная роль быстро ослабевающих прямых лучей Солнца в освещении земной поверхности. Источником освещения все в большей степени становится атмосфера, пронизываемая лучами заходящего Солнца. С момента захода Солнца она остается единственным источником света. Но постепенно тень Земли поднимается выше, захватывая все увеличивающуюся часть атмосферы. Ее нижние слои, утонувшие в земной тени, уже не вносят своего вклада в яркость неба и рассеянный свет поступает от все более и более высоких слоев, еще освещаемых прямыми солнечными лучами. А так как плотность воздуха, а с ней и коэффициент рассеяния быстро убывают с высотой, то солнечный свет рассеивается все слабее, яркость неба уменьшается, а вместе с тем падает и освещенность земной поверхности. При погружении Солнца примерно на 10-15 o под горизонт начинает сказываться уже собственное свечение высоких слоев атмосферы и свет звезд — освещенность постепенно приближается к ночной. Переход к ночи завершается обычно при глубине Солнца 17-19 o под горизонтом, но иногда, при повышенной замутненности атмосферы, затягивается до 22-23 o . При этом, как правило, обнаруживается слабый минимум освещенности и яркости неба при погружении Солнца под горизонт на 20-23 o . Таким образом, границы сумеречного периода сильно размыты и сдвигаются в зависимости от атмосферных условий. Длительность сумерек определяется быстротой, с которой Солнце опускается под горизонт, т. е. географической широтой и временем года. В течение сумерек освещенность земной поверхности изменяется почти в миллиард раз — от W = 10 5 лк днем до 10 -4 лк ночью.

На рисунке приведена осредненная зависимость освещенности Е горизонтальной площадки от зенитного расстояния Солнца t. Данные на рисунке относятся к безоблачному небу летом. Наличие снега слегка (в 1,5-2 раза) повышает освещенность при больших погружениях Солнца под горизонт и почти не сказывается в светлой части сумерек. Гораздо более заметное влияние на освещенность оказывает характер облачности. Как правило, присутствие облаков вызывает уменьшение освещенности порой (при пасмурной погоде) на порядок, .однако почти не сказывается на ее зависимости от погружения Солнца.

Исходя из практической потребности оценивать условия видимости в различное время суток, исторически сложилась традиция разделять сумерки на три стадии в зависимости от величины сумеречной освещенности (см. рисунок). Наиболее светлая часть сумерек, когда естественное освещение на открытом месте обеспечивает возможность выполнения любых работ, включая чтение, получила название «гражданских» сумерек. В отношении установления их границы нет полного единогласия — эту границу связывают с глубинами погружения Солнца под горизонт от 6 до 8 o . Однако в последнее время большинство авторов склоняется к первой цифре. Затем наступают «морские», или «навигационные» сумерки, во время которых темнота уже скрадывает мелкие детали, но силуэты крупных объектов, например береговой линии, видны достаточно отчетливо. В качестве их границ принимают углы погружения Солнца под горизонт 6 и 12 o , причем к концу морских сумерек сохраняется возможность отчетливо различать только линию горизонта. Наконец, морские сумерки сменяются «астрономическими», продолжающимися до погружения Солнца под горизонт на 18 o , т. е. до наступления ночи. В этот период условия освещения почти не отличаются от ночных, но небо еще заметно освещено, что препятствует астрономическим измерениям. Уровни освещенности, соответствующие границам между различными стадиями сумерек, составляют в среднем 2,5 лк при угле погружения Солнца под горизонт 1 = 6 o , 6 . 10 -3 лк при 1 = 12 o и 6 . 10 -4 лк при S = 18 o .

Лунные сумерки

Лунные сумерки, наступающие при приближении лунного диска к горизонту, во всем подобны солнечным, однако гораздо бледнее. Яркость лунного освещения колеблется в зависимости от возраста Луны между 10 -9 (при новолунии) и 2 . 10 -8 (при полнолунии) яркости солнечного освещения при одинаковом положении светил на небосводе. Таким образом, уровень освещенности в полнолуние при высокой Луне соответствует примерно середине солнечных морских сумерек, а конец лунных астрономических сумерек (опять-таки в полнолуние) практически совпадает с моментом захода Луны. Однако на яркости неба присутствие Луны должно сказываться до ее погружения под горизонт (в полнолуние) примерно до 5-7 o .

Изменение вида неба в сумерках

Обратимся теперь к картине неба и ее изменениям в процессе протекания сумерек. Ниже мы подробно рассмотрим данные фотометрических, спектральных и поляризационных исследований сумеречного неба. Здесь же ограничимся только качественной картиной, которая облегчит нам дальнейшее обсуждение ее деталей.

Приближаясь к горизонту, Солнце не только теряет яркость, но и начинает постепенно менять свой цвет — в его спектре во все возрастающей степени подавляется коротковолновая часть. Суть этого явления, качественно объясненного еще в 1840 г. Форбсом, состоит в том, что спектральная зависимость прозрачности атмосферы, вообще говоря, возрастающей с увеличением длины волны, становится особенно ощутимой, когда удлиняется путь солнечных лучей сквозь атмосферу. Одновременно начинает окрашиваться и небо. В окрестности Солнца оно приобретает желтоватые и оранжевые тона, а над противосолнечной частью горизонта появляется бледная полоса со слабо выраженной гаммой цветов.

К моменту захода Солнца, уже принявшего темно-красный цвет, вдоль солнечного горизонта вытягивается яркая полоса зари, окраска которой изменяется снизу вверх от оранжево-желтой до зеленовато голубой. Над ней раскидывается округлое яркое почти неокрашенное сияние. В то же время у противоположного горизонта начинает медленно подниматься синевато-серый тусклый сегмент тени Земли, окаймленный розовым поясом («Пояс Венеры»).

По мере того как Солнце опускается глубже под горизонт, окраска околосолнечной стороны неба становится насыщеннее; у самого горизонта небо густо краснеет, а у вершины надсолнечного сияния, на высоте 20-25 o над горизонтом, возникает быстро расплывающееся розовое пятно — так называемый «пурпурный свет», достигающий наибольшего развития при глубине Солнца под горизонтом около 4-5 o . Облака и вершины гор заливают алые и пурпурные тона, а если облака или высокие горы находятся за горизонтом, то их тени протягиваются по ярко окрашенному небу от горизонта к горизонту в виде отчетливых радиальных полос («Лучи Будды»). Тем временем тень Земли быстро надвигается на небо, ее очертания становятся расплывчатыми, а розовое окаймление еле заметным.

К концу гражданских сумерек пурпурный свет затухает, облака темнеют, их силуэты отчетливо выступают на фоне блекнущего неба и только у горизонта, там где скрылось Солнце, сохраняется яркий разноцветный сегмент зари. Но и он постепенно сокращается и бледнеет и к началу астрономических сумерек превращается в зеленовато-белесую узкую полосу. К концу астрономических сумерек исчезает и она — наступает ночь. Однако, по некоторым данным, и ночью сохраняется слабое свечение атмосферы, обусловленное рассеянием (по-видимому, многократным) света Солнца и получившее название «ночных сумерек». Оно сосредоточено в узком сегменте у горизонта и перемещается по азимуту вместе с Солнцем в течение всей ночи. Высота этого свечения над Солнцем достигает 40-55 o и при больших погружениях Солнца под горизонт оно исчезает. Поскольку свечение это очень слабое и на него налагаются зодиакальный свет и собственное свечение земной атмосферы, ночные сумерки остаются пока совершенно неизученными и сам факт их существования надежно не подтвержден.

Описанную нами картину (многие детали которой мы опустили) следует рассматривать лишь как типичную для ясной погоды. В действительности характер течения сумерек подвержен широким вариациям. При повышенной замутненности воздуха цвета зари обычно бывают блеклыми, особенно у горизонта, где вместо красных и оранжевых тонов иногда появляется только слабая бурая окраска. Нередко одновременные заревые явления развиваются по-разному в различных участках неба. Каждые сумерки обладают неповторимой индивидуальностью, и это следует рассматривать как одну из наиболее характерных их черт.

С несомненностью, картина сумеречных явлений целиком определяется оптической структурой атмосферы — как ее приземных, так и высоких слоев. Однако ее связь с метеорологическими процессами, как мы увидим ниже, значительно сложнее, чем это может показаться с первого взгляда. Именно в этом лежит причина безуспешности длительных поисков прямой корреляции сумеречных явлений с погодой.

Крайняя индивидуальность течения сумерек и многообразие сопровождающих их оптических явлений вытекают из того фундаментального факта, что разные параметры сумеречной картины по-разному зависят от различных оптических характеристик атмосферы. Спектральный, высотный, горизонтальный и угловой ход оптических свойств атмосферы — в первую очередь ее коэффициентов ослабления и рассеяния — по-разному проявляется в зависимости от зенитного расстояния Солнца, направления наблюдения и высоты наблюдателя. При этом как регулярные изменения сумеречной картины, так и ее вариации достигают гигантских масштабов по сравнению с их аналогами в дневных условиях. Рядом с относительно статичным днем сумерки предстают перед нами, как стремительный процесс, пространственное и временное сканирование которого — фотометрическое, спектральное и поляризационное — открывает путь к регулярному исследованию оптической структуры атмосферы и ее вариаций раздельно на различных уровнях. Именно в этом состоит основное отличие сумеречных исследований атмосферы от изучения ее в дневных условиях, когда сравнительно небольшой диапазон изменчивости резко ограничивает разрешающую способность интегральных оптических методов и делает их мало плодотворными с точки зрения познания оптической структуры самой атмосферы.

Источник

Сумерки

Сумерками называется переходное время от дневного свет к темноте вечером или от темноты к свету утром.

Различают сумерки гражданские, астрономические и навигационные .

Гражданские сумерки — это промежуток времени, за которое солнце прячется за горизонт до угла 6 — 8° над ним. В этот период на открытом воз духе можно читать и писать без искусственного освещения.

В интервале гражданских сумерек есть возможность наблюдать ярчайшие небесные светила, например, Венеру (Венера иногда может быть видна и днём при солнечном свете).

Считается, что в это время на открытом месте можно без искусственного освещения выполнять любые работы.

Гражданские сумерки в Петрозаводске. 18 июня 2013 года, 00:17

Этот интервал учитывается в некоторых законах, таких, как обязательное включение фар после заката солнца или рассмотрение грабежа в это время как ночной грабёж, который в некоторых странах наказывается строже.

Такие законы обычно используют фиксированный интервал времени после заката солнца или до его восхода (обычно 20-30 минут), а не то, на сколько градусов солнце находится ниже горизонта.

В конце гражданских сумерек вечером (и в начале — утром) при благоприятных атмосферных условиях освещения чётко различаются наземные объекты и хорошо просматривается линия горизонта. Если вечерние гражданские сумерки сменяются утренними, то такое явление иногда называют белыми ночами, хотя такое название часто используется и для навигационных сумерек.

Сумерки (twilight) — время между рассветом (dawn) и восходом (sunrise) или между закатом (sunset) и темнотой (dusk)

Гражданские, навигационные и астрономические сумерки

В интервале угла нахождения Солнца под горизонтом от 12° до 18° большинство случайных наблюдателей отмечают, что все небо уже полностью тёмное и практически не отличается от ночного.

В это время астрономы могут легко проводить наблюдения за небесными светилами, такими, как звёзды, но слабо рассеивающие объекты, такие, как туманности и галактики, могут быть хорошо видны в период между астрономическими сумерками, то есть в период астрономической ночи.

Астрономические сумерки в Байдарской долине. Крым

Следует иметь в виду, что из-за светового загрязнения в некоторых местностях — главным образом в больших городах — никогда не будут видны даже звёзды 4‑й величины, независимо от угла нахождения Солнца под горизонтом.

Астрономические вечерние сумерки заканчиваются, когда солнце опускается за горизонт и наступает полная темнота.

Считается, что в интервале угла нахождения Солнца под горизонтом от 6° до 12° уже хорошо видны все навигационные звезды и, всё еще видна линия горизонта, что позволяет судоводителю использовать секстант для измерения угла между небесными светилами и видимым горизонтом.

Тем не менее, такого освещения недостаточно для нормальной жизнедеятельности человека (освещение на улице ближе к ночному, чем к вечернему в классическом понимании), поэтому улицы населённых пунктов нуждаются в искусственном освещении.

Навигационные сумерки в Санкт-Петербурге. 22 июля 2010 года, солнце на 9°14′ за горизонтом

Если угол нахождения Солнца под горизонтом менее 12°, при хороших атмосферных условиях и при отсутствии других источников света, общие очертания наземных объектов могут быть различимыми, но сложные наружные операции делать невозможно, и горизонт неотчётлив. Навигационные сумерки также используются военными. Аббревиатуры BMNT (англ. begin morning nautical twilight — начало утренних навигационных сумерек) и EENT (англ. end evening nautical twilight — конец вечерних навигационных сумерек) используются и принимаются во внимание при планировании военных действий. Военные подразделения в BMNT и EENT могут столкнуться с большей опасностью. Это было принято частично благодаря опыту Франко-индейской войны, когда солдаты в обоих лагерях использовали эти отрезки времени для атак.

Продолжительность сумерек зависит от широты места, времени года и состояния атмосферы (погоды). Наиболее короткие сумерки наблюдаются на экваторе, где через 24 мин после захода солнца наступает темнота. С широтой продолжительность сумерек значительно увеличивается.

На широте, например, Санкт — Петербурга продолжительность сумерек бывает летом настолько большой, что вечерние сумерки сливаются с утренними: это время называют белыми ночами.

В Арктике и Антарктике при переходе от полярного дня к полярной ночи или наоборот сумерки могут продолжаться подряд несколько суток.
При большой влажности и запыленности воздуха продолжительность сумерек в среднем больше, чем при менее влажном и чистом. Облака тоже влияют на продолжительность сумерек: при наличии облаков верхнего яруса сумерки удлиняются, а при облаках среднего и нижнего ярусов — укорачиваются.

Сумерки на территории России (22 июня)

Короткие сумерки свидетельствуют о большой прозрачности атмосферы (о небольшой влажности и малой запыленности воздуха) — можно ожидать наступления или сохранения ясной, тихой антициклональной погоды.

Продолжительные сумерки свидетельствуют о большой влажности и запыленности атмосферы — признак приближения циклона и наступления влажной ветреной погоды.

Солнечный диск перемещается со средней скоростью 0,25° в минуту, или 15° в час (360° за сутки), но перемещение при восходе и закате происходит, как правило, не под прямым углом к горизонту, поэтому продолжительность любого интервала сумерек определяется этим углом, увеличиваясь при более острых углах.

Угол траектории перемещения солнечного диска вблизи горизонта зависит:

от географической широты места;

от времени года (из-за изменения угла наклона земной оси по направлению к Солнцу). Н

аименьшая среднегодовая продолжительность сумерек наблюдается на экваторе. Наименьшая продолжительность сумерек на заданной широте, исключая районы выше полярного круга, наблюдается в период равноденствий. Чем ближе к дням летнего или зимнего солнцестояния, тем солнце пересекает горизонт под более острым углом, и продолжительность сумерек увеличивается.

Продолжительность гражданских сумерек в минутах:

20-24 — на экваторе;

29-36 — на широте Сочи (43,6°);

37-61 — на широте Москвы (55,8°).

Сумерки в районах ниже полярного круга

В умеренных и высоких широтах в день летнего солнцестояния, а также в определённый период перед ним и после него, сумерки (того или иного вида) могут длиться от заката до восхода не прекращаясь. В этот период склонение Солнца δ > (90° — φ) — |h|, где φ — широта места, |h| — угол погружения Солнца под горизонт. Это происходит в точках, угловое расстояние которых от полярного круга (разность между широтой полярного круга и широтой данной точки) меньше угла погружения Солнца под горизонт для сумерек данного вида.

Принимая широту полярного круга равной 66,6° (66°33′42″,36 на начало марта 2008 года), имеем следующие широты, выше которых сумерки могут длиться от заката до восхода не прекращаясь:

60,6° — сумерки всех видов (включая районы выше полярного круга, где непрекращающиеся сумерки предшествуют наступлению полярного дня и следуют за его окончанием);

54,6° — навигационные и астрономические сумерки;

48,6° — только астрономические сумерки.

Населённые пункты и территории, где указанные сумерки могут длиться от заката до восхода не прекращаясь:

сумерки всех видов:

выше полярного круга, перед наступлением полярного дня и по окончании его: Воркута, Мурманск, Нарьян-Мар, Норильск;

ниже полярного круга: Анадырь, Архангельск, Якутск, Тампере, Умео, Тронхейм, Торсхавн, Рейкьявик, Нук, Уайтхорс, Анкоридж;

навигационные и астрономические сумерки: Москва, Санкт-Петербург, Калининград, Нижний Новгород, Казань, Пермь, Уфа, Екатеринбург, Омск, Новосибирск, Красноярск, Петропавловск, Магадан, Витебск, Вильнюс, Рига, Таллин, Хельсинки, Стокгольм, Копенгаген, Осло, Ньюкасл-апон-Тайн, Глазго, Белфаст, Вейхерово, Фленсбург, Гранд-Прери, Джуно (Аляска), Ушуая, Пуэрто-Уильямс; по странам: частично в России, Казахстане, Монголии, Китае, Белоруссии, Польше, Германии, Великобритании, Канаде, США; полностью на территории Латвии, Эстонии, Литвы, Финляндии, Швеции, Норвегии, Дании, Исландии. В Южном полушарии — в южных территориях Аргентины и Чили;

астрономические сумерки: Киев, Харьков, Минск, Варшава, Кошице, Цветль, Прага, Берлин, Париж, Люксембург, Амстердам, Лондон, Кардифф, Дублин, Астана, Беллингхэм (Вашингтон), Рио-Галлегос, Пунта-Аренас.

Сумерки в районах выше полярного круга

На географических полюсах сумерки (того или иного вида) длятся 2-3 недели до и после полярного дня. Гражданские сумерки на Северном полюсе длятся с 25 сентября по 9 октября и с 5 по 18 марта. Гражданские сумерки на широте 67,5° в день зимнего солнцестояния длятся по 3 часа до и после полудня.

Сумерки в период полярной ночи в Нарьян-Маре. Солнце в верхней кульминации 23 декабря 2014 года, 11:27

В районах выше полярного круга во время полярной ночи в течение суток, несмотря на отсутствие восхода и заката, могут наблюдаться сумерки того или иного вида. В точках, угловое расстояние которых от полярного круга больше угла погружения Солнца под горизонт для сумерек данного вида, последние не наблюдаются, по крайней мере, в день зимнего солнцестояния. Таким образом, имеем следующие широты, выше которых во время полярной ночи в течение суток могут не наблюдаться указанные сумерки:

72,6° — только гражданские сумерки;

78,6° — гражданские и навигационные сумерки;

84,6° — все виды сумерек.

Воркута, Мурманск, Нарьян-Мар, Норильск находятся ниже 70° с. ш., поэтому там ежедневно в течение всей полярной ночи наблюдаются все виды сумерек. В российском посёлке Диксон (73,5° с. ш.) во время полярной ночи в течение суток могут не наблюдаться гражданские сумерки (в частности, в день зимнего солнцестояния).

Источник