Движение Солнца
Движение Солнца, а также планет по сфере неба отражает только их видимое перемещение, кажущееся земному наблюдателю. При всём этом любые колебания не имеют никакого отношения к суточному вращению нашей планеты. Ведь оно, в свою очередь, воспроизводится вращением небесной сферы.
Особенности протекания процесса
Движение Солнца является практически равномерным, но не полностью, в связи с эксцентриситетом земной орбиты. Оно перемещается по большому кругу сферы (эклиптике) и делает полноценный оборот за отрезок времени, равный одному сидерическому году. Если измерять его в днях, он составит 365,2564 суток. Основное отличие от классического года, в рамках которого происходит смена сезонов, заключается в прецессии земной оси.
Смена экваториального нахождения
Когда звезда располагается в зоне весеннего равноденствия, восхождение приравнивается к нулю. С каждым днём этот показатель увеличивается, и, в конце концов, равняется 90 градусов, в то время как склонение достигает своего максимального уровня, равного +23 градуса 26 минут.
После этого наблюдается заметное увеличение прямого восхождения и полное уменьшение склонения. В итоге в области осеннего равноденствия значение равняется 180 градусов соответственно. После этого происходит увеличение прямого восхождения, а на пике зимнего солнцестояния показатель равняется 270 градусов. Склонение, в свою очередь, начинает равняться 23 градуса 26 минут. Затем оно идёт на возрастание.
Видимое годовое перемещение Солнца
Годовое движение Солнца имеет вполне разумное и логичное объяснение. Действует специальная схема, позволяющая описать этот феном более подробно. На ней отображено, что исходя из положения Земли, можно наблюдать Солнце на фоне неодинаковых созвездий. Он будет понимать, что оно постоянно перемещается. Данное движение – своего рода отражение обращения Земли вокруг нашей звезды. За год произойдёт её полный оборот.
Большой круг в области небесной сферы, где осуществляется видимое годовое движение звезды, получил название эклиптики. Это греческое слово. Если перевести его на русский язык, можно получить «затмение». Круг получил именно такое название в связи с тем, что явление происходит исключительно при нахождении обоих светил на одном этом круге. Стоит также принять во внимание тот факт, что плоскость эклиптики полностью совпадает с плоскостью земной орбиты.
Наряду с этим постоянное движение Солнца по эклиптике наблюдается в аналогичной направленности, в которой происходит постоянное перемещение планеты по орбите (то есть движение по направлению к востоку). На протяжении года звезда последовательно проходит к эклиптике 12 созвездий, за счёт которых и формируется зодиакальный пояс (все известные знаки зодиака).
По той простой причине, что экваториальная плоскость наклонена к земной орбите на отметку в 23 градуса 27 минут, небесный экватор также располагается под углом по отношению к эклиптике. Значение его является таким же. Однако этот параметр не является постоянным. Ведь на планету Земля постоянно действуют силы притяжения Луны и Солнца.
Так в 1896 году в процессе утверждения астрономических постоянных единиц было принято решение о том, что наклон стоит считать по значении, 23 градуса 27 минут 8 секунд.
Небесный экватор и эклиптическая плоскость
Чтобы объяснить движение Солнца более логично и детально, необходимо рассмотреть процессы, протекающие на небесном экваторе. Эклиптика пересекается с ним в двух зонах. Их официальные названия – точки равноденствия. В них наша звезда находится в марте (21) и сентябре (23). Именно в эти дни на планете Земля день и ночь равны.
Эклиптические точки, которые отстоят от точек равноденствий на 90 градусов, именуются точками солнцестояний. Именно в них звезда находится в максимально высоком и низком положении по отношению к экватору неба. В первом случае, где Солнце располагается высоко, речь идёт о летнем солнцестоянии, которое приходится на 22 июня. Во втором, где Солнце низко – о зимнем (22 декабря).
Экваториальные координаты
Движение Солнца подразумевает неравномерное изменение на протяжении года координат. Происходит это из-за того, что Солнце немного хаотично перемещается по эклиптике, которая к тому же наклонена к экватору. Около ½ части своего видимого годового пути звезда проходит за отрезок времени в 186 суток – в период с 21 марта по 23 сентября. Что касается ещё ½ части, на неё остаётся 179 суток в оставшуюся часть года.
Такая неравномерность вызвана тем, что земля в течение всего периода обращения вокруг звезды перемещается по орбите с неодинаковой скоростью. Солнце располагается в одном из фокусов эклиптики. Второй закон Кеплера гласит, что линия, которая соединяет эти небесные объекты, за равные отрезки времени описывает одинаковые площади. Поэтому получается, что в зимнее время года наблюдается быстрое движение планеты, а в летнее – медленное.
Таким образом, в областях, где Солнце перемещается, происходят разные события, и некоторые из них до сих пор непонятны учёным. Они зависят от степени отдалённости звезды от нашей планеты, а также от ряда других событий, происходящих в космическом пространстве. Учёные до сих пор изучают данный феномен, поэтому окончательного ответа на вопрос, связанный с перемещением Солнца, пока не имеется.
Источник
Путь Солнца — Sun path
ВС путь , иногда называемый также день дугой , относится к суточной и сезонной дуге -like пути , что ВС , кажется, следует по небу , как Земля вращается и орбита Солнца Путь Солнца влияет на продолжительность дневного опытным и количество дневного света , полученный по определенной широте в течение данного сезона.
Относительное положение Солнца является основным фактором притока тепла зданиями и производительности солнечных энергетических систем. Точные данные о пути солнца и климатических условиях в зависимости от местоположения необходимы для принятия экономических решений относительно площади солнечного коллектора , ориентации, ландшафтного дизайна, летнего затенения и экономичного использования солнечных трекеров .
СОДЕРЖАНИЕ
Влияние наклона оси Земли
Пути Солнца на любой широте и в любое время года можно определить с помощью базовой геометрии . Ось Земли от вращения наклоняется около 23,5 градусов , по отношению к плоскости с орбитой Земли вокруг Солнца . Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, это создает разницу в склонении на 47 ° между солнечными путями в период солнцестояния , а также особую разницу в полушарии между летом и зимой.
В северном полушарии , зимнее солнце (ноябрь, декабрь, январь) поднимается на юго — востоке, проходит в астрономический меридиан под небольшим углом на юге (более 43 ° над южным горизонтом в тропиках), а затем устанавливает в юго-запад. Он находится на южной (экваториальной) стороне дома в течение всего дня. Вертикальное окно, выходящее на юг (сторона экватора), эффективно улавливает солнечную тепловую энергию . Для сравнения: зимнее солнце в Южном полушарии (май, июнь, июль) встает на северо-востоке, достигает максимума под небольшим углом на севере (более чем на полпути от горизонта в тропиках), а затем садится на северо-западе. . Окно, выходящее на север, пропускало в дом много солнечной тепловой энергии.
В Северном полушарии летом (май, июнь, июль) Солнце встает на северо-востоке, достигает максимума немного южнее точки над головой (ниже на юге на более высоких широтах ), а затем заходит на северо-западе, тогда как в Южном полушарии летом (ноябрь, декабрь, январь) Солнце встает на юго-востоке, достигает максимума немного севернее точки над головой (ниже на севере на более высоких широтах), а затем заходит на юго-западе. Простой зависящий от широты свес со стороны экватора можно легко спроектировать, чтобы блокировать 100% прямого солнечного излучения от попадания в вертикальные окна, обращенные к экватору, в самые жаркие дни года. Скатывающиеся наружные шторы, внутренние полупрозрачные или непрозрачные оконные одеяла, шторы, ставни, подвижные решетки и т. Д. Могут использоваться для ежечасного, ежедневного или сезонного контроля солнечного и теплообмена (без какого-либо активного электрического кондиционирования воздуха).
Повсюду во всем мире во время равноденствий (20/21 марта и 22/23 сентября), за исключением полюсов, солнце встает строго на востоке и заходит строго на западе. В северном полушарии пик солнца равноденствия находится в южной половине (примерно на полпути от горизонта на средней широте) неба, в то время как в южном полушарии пик этого солнца находится в северной половине неба. Если смотреть на экватор, кажется, что солнце движется слева направо в Северном полушарии и справа налево в Южном полушарии.
Различия путей прохождения солнечной энергии в зависимости от широты (и полушария) имеют решающее значение для эффективного проектирования зданий с использованием пассивных солнечных батарей . Это важные данные для оптимального сезонного дизайна окон и свесов. Проектировщики солнечных батарей должны знать точные углы пути прохождения солнечных лучей для каждого места, для которого они проектируют, и их сравнение с сезонными требованиями к отоплению и охлаждению в зависимости от места.
В США точные данные о сезонных траекториях солнечного пути по высоте и азимуту в зависимости от местоположения можно получить от NOAA — «экваториальная сторона» здания находится на юге в Северном полушарии и на севере в Южном полушарии , где находится пик летнего солнцестояния. Солнечная высота приходится на 21 декабря.
Тень вертикальной палки в солнечный полдень
На экваторе солнце будет стоять прямо над головой, и вертикальная палка не будет отбрасывать тени в солнечный полдень в дни равноденствия . Приблизительно в 23,5 градусе к северу от экватора в тропике Рака вертикальная палка не будет отбрасывать тени 21 июня, во время летнего солнцестояния в северном полушарии . В остальное время полуденная тень будет указывать на Северный полюс. Приблизительно в 23,5 градусе к югу от экватора в тропике Козерога вертикальная палка не будет отбрасывать тени 21 декабря, во время летнего солнцестояния для южного полушария , а в остальное время ее полуденная тень будет указывать на Южный полюс. К северу от тропика Рака полуденная тень всегда будет указывать на север, и, наоборот, к югу от тропика Козерога полуденная тень всегда будет указывать на юг.
Солнечные полуденные тени объектов в точках за и ниже подсолнечных точек будут указывать на истинный север и истинный юг соответственно только тогда, когда солнечное склонение имеет максимальное положительное (δ☉ = + 23,44 °) или максимальное отрицательное (δ☉ = −23,44 °) значение. С другой стороны, в дни равноденствия, когда солнце не склоняется ни к северу, ни к югу (δ☉ = 0 °), и солнечные тени в полдень указывают на северо-северо-запад к северу от экватора и на юго-восток к югу от экватора во время весеннего равноденствия (и указывают на северо-северо-восточный север экватора и ЮЮЗ к югу от экватора в период осеннего равноденствия).
Продолжительность светового дня
В полярных кругах ( к северу от полярного круга и к югу от полярного круга ), каждый год будет испытывать по крайней мере один день , когда солнце остается ниже горизонта в течение 24 часов (на день зимнего солнцестояния ), и по крайней мере один день , когда Солнце остается над горизонтом 24 часа (в день летнего солнцестояния ).
В средних широтах (между тропиками и полярными кругами , где проживает большинство людей) продолжительность дня , а также высота и азимут Солнца меняются от одного дня к другому и от сезона к сезону. Разница между продолжительностью длинного летнего дня и короткого зимнего дня увеличивается по мере удаления от экватора .
Визуализация
На рисунках ниже показаны следующие перспективы с Земли, отмечая часовые позиции на Солнце на обоих солнцестояния дней. При соединении солнца образуют две дневные дуги , пути, по которым Солнце, кажется, следует на небесной сфере в своем суточном движении . Более длинная дуга — это всегда путь середины лета, а более короткая — путь середины зимы. Две дуги находятся на расстоянии 46,88 ° (2 × 23,44 °) друг от друга, что указывает на разницу склонений между солнцами солнцестояния.
Кроме того, некоторые «призрачные» солнца видны ниже горизонта на целых 18 ° вниз, во время которых наступают сумерки . Снимки можно использовать как для северного, так и для южного полушарий Земли . Теоретический наблюдатель должен стоять возле дерева на небольшом острове посреди моря. Зеленые стрелки обозначают стороны света .
- В Северном полушарии север находится слева. Солнце восходит на востоке (дальняя стрелка), достигает кульминации на юге (вправо) при движении вправо и заходит на западе (ближняя стрелка). Позиции подъема и заката смещены к северу в середине лета и к югу в середине зимы.
- В Южном полушарии юг находится слева. Солнце восходит на востоке (ближняя стрелка), достигает кульминации на севере (вправо) при движении влево и заходит на западе (дальняя стрелка). Позиции подъема и заката смещены к югу в середине лета и к северу в середине зимы.
Изображены следующие случаи:
- На абстрактной линии экватора (0 ° широты) максимальная высота Солнца велика в течение всего года, но не образует идеального прямого угла с землей в полдень каждый день. На самом деле это бывает два дня в году, во время равноденствий. Солнцестояния — это даты, когда Солнце находится дальше всего от зенита, но в любом случае оно также находится высоко в небе, достигая высоты 66,56 ° либо на севере, либо на юге. Все дни в году, включая солнцестояния, имеют одинаковую продолжительность — 12 часов.
- Дуга дня солнцестояния, если смотреть с 20 ° широты . Солнце достигает своей кульминации на высоте 46,56 ° зимой и 93,44 ° летом. В этом случае угол больше 90 ° означает, что кульминация происходит на высоте 86,56 ° в противоположном кардинальном направлении. Например, в южном полушарии Солнце зимой остается на севере, но в разгар лета может достигать зенита на юге. Летние дни длиннее зимних, но разница составляет не более примерно двух с половиной часов. Ежедневный путь Солнца крутой у горизонта круглый год, поэтому сумерки длится всего около часа 20 минут утром и вечером.
- Дуги дня солнцестояния, если смотреть с 50 ° широты. Во время зимнего солнцестояния Солнце поднимается не более чем на 16,56 ° над горизонтом в полдень, но на 63,44 ° в период летнего солнцестояния над тем же направлением горизонта. Разница в продолжительности дня между летом и зимой, отсюда и на север, начинает бросаться в глаза — чуть больше 8 часов при зимнем солнцестоянии и более 16 часов во время летнего солнцестояния. Точно так же разница в направлении восхода и захода солнца. На этой широте в полночь (около 1 часа ночи в летний юридический час) летнее солнце находится на 16,56 ° ниже горизонта, что означает, что астрономические сумерки продолжаются всю ночь. Это явление известно как серые ночи , ночи, когда астрономы не становятся достаточно темными, чтобы проводить наблюдения за глубоким небом . Выше 60 ° широты Солнце будет еще ближе к горизонту, всего на 6,56 ° от него. Затем гражданские сумерки продолжаются почти всю ночь, только немного морских сумерек около местной полуночи. Выше 66,56 ° широты заката вообще нет — явление, называемое полуночным солнцем .
- Дуга дня солнцестояния, если смотреть с 70 ° широты. В местный полдень зимнее Солнце достигает кульминации при -3,44 °, а летнее Солнце — 43,44 °. Иными словами, зимой Солнце не поднимается над горизонтом, это полярная ночь . Но сумерки еще будут. В местную полночь летнее Солнце достигает своей кульминации при 3,44 °. Другими словами, он не устанавливается; это полярный день.
- Дуги дня солнцестояния, если смотреть с любого полюса (90 ° широты). Во время летнего или зимнего солнцестояния Солнце находится на 23,44 градуса выше или ниже горизонта, соответственно, независимо от времени суток. Пока Солнце восходит (в летние месяцы), оно будет вращаться вокруг всего неба (по часовой стрелке от Северного полюса и против часовой стрелки от Южного полюса ), оставаясь под одним и тем же углом к горизонту, поэтому концепция дня или ночь бессмысленна. Угол возвышения будет постепенно меняться в течение годового цикла, при этом Солнце достигает своей наивысшей точки в период летнего солнцестояния и восходит или заходит в период равноденствия , с продолжительными периодами сумерек, продолжающимися несколько дней после осеннего равноденствия и перед весенним равноденствием.
Дуги дня солнцестояния, если смотреть с выбранных широт
Источник