Видимое движение Солнца по эклиптике
1. Годичные изменения полуденной высоты Солнца и вида звездного неба. Каждому хорошо известно, что высота Солнца над горизонтом в полдень, то есть его высота в верхней кульминации, меняется в течение года. Летом Солнце поднимается очень высоко; самое высокое положение оно занимает 22 июня. Этот день (самый длинный) называют днем летнего солнцестояния. Каждый следующий день Солнце кульминирует все ниже и ниже. Всего ниже его верхняя кульминация происходит 22 декабря; это день зимнего солнцестояния. 22 декабря день бывает самым коротким, потому что в этот день путь Солнца над горизонтом всего короче; оно поздно восходит и рано заходит.
Около 21 марта и 23 сентября высота Солнца в верхней кульминации бывает средней между высотами его в летнем и зимнем солнцестоянии, а день по продолжительности становится равен ночи. Поэтому 21 марта называют днем весеннего равноденствия, а 23 сентября — днем осеннего равноденствия.
Если высота Солнца в кульминации меняется, значит, меняется и его положение на небесной сфере по отношению к полюсу мира и небесному экватору. «Действительно, звезды занимают неизменное положение относительно полюса мира и небесного экватора и кульминируют каждая на определенной, всегда одной и той же высоте над горизонтом. По этой же причине каждая звезда восходит и заходит в определенной, всегда одной и той же точке горизонта. Между тем Солнце заходит, например, летом на северо-западе, зимой — на юго-западе, а в дни равноденствий — в точке запада.
В дни равноденствий Солнце находится на небесном экваторе. В самом деле, в эти дни Солнце восходит в точке востока и заходит в точке запада, а в этих точках и пересекается с горизонтом небесный экватор.
Поскольку летом Солнце в полдень имеет высоту, большую, чем 90°-ф, то есть чем высота, на которой небесный экватор пересекает меридиан, значит, Солнце находится в это время над экватором (в северном полушарии неба). Зимой же Солнце находится в южном полушарии неба (под небесным экватором). Измеряя угломерным инструментом полуденные высоты Солнца, мы увидим, что наибольшее удаление Солнца от небесного экватора к северу составляет 23°27′ (22 июня) и таково же наибольшее удаление его к югу от экватора (22 декабря). Иначе говоря, склонение Солнца изменяется от +23°27′ до -23°27′.
Однако Солнце перемещается по небесной сфере в течение года не только по отношению к небесному экватору, но и в направлении, обратном суточному вращению небесной сферы. Это его годичное движение, но очень медленное, не надо смешивать с суточным сравнительно быстрым. движением по часовой стрелке. Годичное движение Солнца происходит навстречу его суточному движению.
Убедиться в этом можно, замечая, какие звезды бывают в верхней кульминации в полночь, то есть какие созвездия находятся на небесной сфере в стороне, противоположной Солнцу. Эти созвездия все время меняются в течение года. Зимой в полночь кульминируют звезды одних созвездий, а летом — Других.
Кроме того, можно заметить, что если какое-либо созвездие кульминирует, скажем, через 6 часов после Солнца, то через месяц это же созвездие кульминирует уже через 4 часа, а еще позднее его совсем не будет видно, потому что оно скрывается в лучах Солнца. Значит, Солнце сместилось на небесной сфере к этому созвездию с запада на восток (против часовой стрелки). Через некоторое время указанное созвездие будет все раньше показываться из-за горизонта, предшествуя восходу Солнца.
2. Эклиптика и зодиак. Сопоставляя все наблюдения, описанные выше, мы приходим к выводу, что Солнце в течение года перемещается на небесной сфере по большому кругу, плоскость которого наклонена к плоскости небесного экватора на 23°27′.
Эклиптикой называется большой круг небесной сферы, по которому в течение года перемещается центр Солнца (Рисунок 44). В течение года Солнце совершает полный оборот по эклиптике, двигаясь против часовой стрелки. За сутки же Солнце смещается по эклиптике к востоку на 360°:365, то есть приблизительно на 1°.
Рисунок 44 — Эклиптика и экватор.
Точки пересечения эклиптики с небесным экватором называются точками весеннего и осеннего равноденствия, соответственно тому, когда в них бывает Солнце.
Точки солнцестояний на эклиптике отстоят от точек равноденствия на 90° и больше всего удалены от экватора.
Годичное движение Солнца по эклиптике — явление кажущееся, оно вызвано обращением Земли вокруг Солнца.
При вращении небесной сферы положение эклиптики относительно горизонта все время меняется, поэтому на чертеже небесной сферы с горизонтом и меридианом эклиптику обычно не изображают.
В настоящее время точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, осеннего — в созвездии Левы.
Двенадцать созвездий, через которые проходит эклиптика, образуют пояс зодиака и называются зодиакальными (зодиак — слово греческое, означающее «круг животных»). Вот эти созвездия: Рыба, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей. Вы можете их найти на карте звездного неба в конце книги.
Около полуночи в южной стороне неба всегда находится то зодиакальное созвездие, которое в данном месяце противоположно Солнцу. Например, в ноябре Солнце находится в созвездии Скорпиона и около полуночи кульминируют звезды противоположного ему созвездия Тельца. Около полудня кульминирует то зодиакальное созвездие, в котором в это время находится Солнце, но оно может быть видимо в это время лишь в случае полного солнечного затмения.
Упражнение 6.
1. Чему равна (в градусах) полуденная высота Солнца в вашей местности 22 июня, 23 сентября и 22 декабря?
2. Широта Ленинграда 60°, Еревана 40°. Определите (построением) полуденные высоты Солнца в этих городах в летнее и в зимнее солнцестояние и сравните их.
Источник
LiveInternetLiveInternet
—Метки
—Музыка
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
—Постоянные читатели
—Сообщества
Движение Солнца на разных широтах
φ = 90° — Северный полюс
Только на полюсе день и ночь длятся по полгода. В день весеннего равноденствия Солнце описывает полный круг по горизонту, затем с каждым днем по спирали поднимается все выше, но не выше 23°27 (в день летнего солнцестояния). После этого виток за витком Солнце опять спускается к горизонту. Его свет многократно отражается ото льдов и торосов. В день осеннего равноденствия Солнце еще раз обходит весь горизонт, и следующие его витки очень постепенно уходят все глубже под горизонт. Заря длится неделями, даже месяцами, перемещаясь на все 360°. Белая ночь постепенно темнеет, и только вблизи дня зимнего солнцестояния становится темно. Это середина полярной ночи. Но Солнце не опускается под горизонт ниже 23°27 Полярная ночь постепенно светлеет и загорается утренняя заря.
φ = 80° — одна из широт Заполярья
Движение Солнца на широте φ = 80° типично для районов, расположенных севернее полярного круга, но южнее полюса. После дня весеннего равноденствия дни очень быстро растут, а ночи укорачиваются, наступает первый период белых ночей — с 15 марта по 15 апреля (1 месяц). Затем Солнце вместо того, чтобы зайти за горизонт, касается его в точке севера и опять поднимается, обходит небо, смещаясь на все 360°. Суточная параллель располагается под небольшим углом к горизонту, Солнце кульминирует над точкой юга и спускается к северу, но не заходит за горизонт и даже не касается его, а проходит выше точки севера и опять совершает очередной суточный виток по небу. Так Солнце поднимается по спирали все выше до дня летнего солнцестояния, который знаменует середину полярного дня. Затем витки суточного движения Солнца спускаются все ниже. Когда Солнце коснется горизонта в точке севера, закончится полярный день, который длился 4,5 месяца (с 16 апреля по 27 августа), наступит второй период белых ночей с 27 августа по 28 сентября. Затем продолжительность ночей быстро нарастает, дни становятся все короче, т.к. точки восхода и захода стремительно смещаются к югу, а дуга суточной параллели над горизонтом укорачивается. В один из дней до дня зимнего солнцестояния Солнце в полдень не поднимается над горизонтом, начинается полярная ночь. Солнце, двигаясь по спирали, уходит все глубже под горизонт. Середина полярной ночи — день зимнего солнцестояния. После него Солнце опять по спирали приближается к экватору. По отношению к горизонту витки спирали наклонены, поэтому при подъеме Солнца к южной части горизонта светает, затем опять темнеет, происходит борьба света и тьмы. С каждым витком дневные сумерки становятся светлее и, наконец, Солнце на миг появляется над южным (!) горизонтом. Этот долгожданный луч означает конец полярной ночи, которая длилась 4,2 месяца с 10 октября по 23 февраля. С каждым днем Солнце все дольше задерживается над горизонтом, описывая все большую дугу. Чем больше широта, тем длиннее полярные дни и полярные ночи, и тем короче между ними период ежесуточной смены дней и ночей. В этих широтах длительные сумерки, т.к. Солнце уходит под горизонт под небольшим углом. В Заполярье Солнце может восходить в любой точке восточного горизонта от севера до юга, и заходить также в любой точке западного горизонта. Поэтому штурман, считающий что Солнце всегда восходит в точке востока и заходит в точке, рискует ошибиться курсом на 90°.
φ = 66°33′ — Северный полярный круг
Широта φ = 66°33′ — предельная широта, отделяющая районы, в которых Солнце каждый день восходит и заходит, от районов, в которых наблюдаются слитые полярные дни и слитые полярные ночи. На этой широте летом точки восхода и захода «широкими шагами» смещаются от точек востока и запада на 90° к северу, так что в день летнего солнцестояния они встречаются в точке севера. Поэтому Солнце, спустившись к северному горизонту, тут же снова поднимается, так что двое суток сливаются в сплошной полярный день (21 и 22 июня). Перед полярным днем и после него наступают периоды белых ночей. Первый — с 20 апреля до 20 июня (67 белых ночей), второй — с 23 июня по 23 августа (62 белые ночи). В день зимнего солнцестояния точки восхода и захода встречаются в точке юга. Между двумя ночами нет дня. Полярная ночь длится двое суток (22, 23 декабря). Между полярным днем и полярной ночью Солнце восходит и заходит каждые сутки, но продолжительность дней и ночей быстро меняется.
φ = 60° — широта Санкт-Петербурга
Знаменитые белые ночи наблюдаются до и после дня летнего солнцестояния, когда «одна заря спешит сменить другую», т.е. Солнце ночами спускается неглубоко под горизонт, так что его лучи освещают атмосферу. Но жители Санкт-Петербурга умалчивают о своих «черных днях», когда Солнце в день зимнего солнцестояния поднимается в полдень всего на 6°33′ над горизонтом. Белые ночи (навигационные сумерки) Санкт-Петербурга особенно хороши в сочетании с его архитектурой и Невой. Они начинаются примерно 11 мая и продолжаются 83 дня до 1 августа. Самое светлое время — середина интервала — около 21 июня. В течение года точки восхода и захода Солнца смещаются по горизонту на 106°. Но белые ночи наблюдаются не только в Санкт-Петербурге, а по всей параллели φ = 60° и севернее вплоть до φ = 90°, южнее φ = 60° белые ночи становятся все короче и темнее. Аналогичные белые ночи наблюдаются в Южном полушарии, но в противоположное время года.
φ = 54°19′ — широта г. Ульяновска
Это широта Ульяновска. Движение Солнца в Ульяновске типично для всех средних широт. Радиус изображенной на рисунке сферы так велик, что по сравнению с ним Земля выглядит точкой (ее символизирует наблюдатель). Географическая широта φ задается высотой полюса над горизонтом, т.е. углом Полюс (Р) — Наблюдатель — Точка Севера (С) в горизонте. В день весеннего равноденствия (21.03) Солнце восходит точно на востоке, поднимается по небу, смещаясь к югу. Над точкой юга — наивысшее положение Солнца в данный день — верхняя кульминация, т.е. полдень, затем оно «по горке» спускается и заходит точно на западе. Дальнейшее движение Солнца продолжается под горизонтом, но наблюдатель этого не видит. В полночь Солнце достигает нижней кульминации под точкой севера, затем снова поднимается к восточному горизонту. В день равноденствия половина суточной параллели Солнца находится над горизонтом (день), половина — под горизонтом (ночь). В следующие сутки Солнце восходит не точно в точке востока, а в точке, немного смещенной к северу, суточная параллель проходит над предыдущей, высота Солнца в полдень больше, чем в предыдущий день, точка захода также смещена к северу. Таким образом, суточная параллель Солнца уже не делится горизонтом пополам: большая ее часть находится над горизонтом, меньшая — под горизонтом. Наступает летняя половина года. Точки восхода и захода все больше смещаются к северу, все большая часть параллели оказывается над горизонтом, полуденная высота Солнца возрастает и в день летнего солнцестояния (21.07 -22.07) в Ульяновске достигает 59°08′. При этом точки восхода и захода смещаются относительно точек востока и запада к северу на 43,5°. После дня летнего солнцестояния суточные параллели Солнца спускаются к экватору. В день осеннего равноденствия (23.09) Солнце опять восходит и заходит в точках востока и запада, проходит по экватору. В дальнейшем Солнце постепенно день за днем спускается под экватор. При этом точки восхода и захода смещаются к югу до дня зимнего солнцестояния (23.12) также на 43,5°. Большая часть параллелей в зимнее время находится под горизонтом. Полуденная высота Солнца уменьшается до 12°14′. Дальнейшее движение Солнца по эклиптике происходит по параллелям, снова приближающимся к экватору, точки восхода и захода возвращаются к точкам востока и запада, дни возрастают, опять наступает весна! Интересно, что в Ульяновске точки восхода смещаются по восточному горизонту на 87°. Точки захода соответственно «гуляют» по западному горизонту. Солнце восходит точно на востоке и заходит точно на западе только два раза в году — в дни равноденствий. Последнее справедливо на всей поверхности Земли, кроме полюсов.
φ = 0° — экватор Земли
Движение Солнца над горизонтом в разные времена года для наблюдателя, находящегося в средних широтах (слева) и на экваторе Земли (справа).
На экваторе Солнце два раза в году проходит через зенит, в дни весеннего и осеннего равноденствий, т.е. на экваторе два «лета», когда у нас весна и осень. День на экваторе всегда равен ночи (по 12 часов). Точки восхода и захода Солнца смещаются от точек востока и запада незначительно, не больше, чем на 23°27′ в сторону юга и на столько же в сторону севера. Сумерек практически нет, жаркий яркий день резко сменяется черной ночью.
φ = 23°27′ — Северный тропик
Солнце круто поднимается над горизонтом, днем очень жарко, затем круто опускается под горизонт. Сумерки короткие, ночи очень темные. Самая характерная особенность состоит в том, что Солнце один раз в году, в день летнего солнцестояния, в полдень достигает зенита.
φ = -54°19′ — широта, соответствующая Ульяновску в Южном полушарии
Так же, как и во всем южном полушарии, Солнце восходит на восточном горизонте и заходит на западном. После восхода Солнце поднимается над северной частью горизонта в полдень, в полночь уходит под южный горизонт. А в остальном движение Солнца происходит аналогично его движению на широте Ульяновска. Движение Солнца в южном полушарии аналогично движению Солнца на соответствующих широтах северного полушария. Отличие состоит только в том, что с востока Солнце движется в сторону северного горизонта, а не южного, кульминирует над точкой севера в полдень и затем также заходит на западном горизонте. Времена годы в северном и южном полушариях противоположны.
φ = 10° — одна из широт жаркого пояса
Движение Солнца на данной широте характерно для всех мест, расположенных между северным и южным тропиками Земли. Здесь Солнце два раза в году проходит через зенит: 16 апреля и 27 августа, с интервалом в 4,5 месяца. Дни очень жаркие, ночи темные, звездные. Дни и ночи мало отличаются по продолжительности, сумерек практически нет, Солнце заходит за горизонт, и сразу становится темно.
Источник