Видимое годовое движение Солнца

orbita

В результате движения Земли по своей орбите наблюдателю на Земле кажется, что Солнце все время перемещается по небесной сфере относительно неподвижных звезд. Правда наблюдать движение Солнце относительно звезд не представляется возможным, т.к. звезды в дневное время не видны. Перечислим некоторые убедительные факты перемещения Солнца относительно звезд:

  1. В разное время года в полночь видны разные звезды.
  2. Меридиональная высота Cолнца в течении года изменяется.
  3. Изменяются также азимуты восхода и захода Солнца, а также продолжительность дня и ночи.

orbita

Земля, двигаясь по своей орбите, сохраняет в мировом пространстве неизменное положение своей оси вращения. Угол наклона оси вращения Земли с плоскостью орбиты Земли составляет 66°33′, следовательно, угол между плоскостью орбиты Земли и плоскостью земного экватора составляет 23°27′.

ecliptic1

Эклиптика — это видимый годовой путь, по которому перемещается Солнце по небесной сфере. Эклиптика — это проекция плоскости земной орбиты на небесную сферу. Т.к. плоскость небесного экватора — это продолжение земного экватора, а плоскость эклиптики — это плоскость орбиты Земли, то плоскость эклиптики составляет с плоскостью небесного экватора угол epsilon = 23°27′.
Точкой Овна ( aries ) называется точка на небесной сфере, в которой Солнце в своём видимом годовом движении меняет своё склонение с южного на северное. В эту точку Солнце ежегодно приходит 21-го марта — в день весеннего равноденствия.
Точка Овна задает точку отсчета еще для одной координаты — для прямого восхождения.
Прямое восхождение ( alfa ) — это дуга небесного экватора от точки Овна до меридиана светила, в сторону обратных западных часовых углов (или если смотреть со стороны северного полюса, то против часовой стрелки). Именно в этом направлении по небесной сфере перемещваются Солнце, Луна и, следовательно, увеличивается прямое восхождение этих светил.

ecliptic

Изменение экваториальных координат Солнца.

В течении года Солнце по небесной сфере проходит четыре точки (смотри таблицу).

Дата Название Точка alfa_sun dec_sun
21 марта День весеннего равноденствия aries
22 июня День летнего солнцестояния rak 90° 23,5°N
23 сентября День осеннего равноденствия vesy 180°
22 декабря День зимнего солнцестояния kozerog 270° 23,5°S

Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождения центра Солнца через точку Овна. Его продолжительность составляет 365,2422 суток. Этот период положен в основу календарного года. Уточнение величины тропического года оставило свой след в истории астрономии в виде египетского года, юлианского и григорианского стилей.
Для приближенных расчетов необходимо знать суточные изменения координат Солнца. Прямое восхождение Солнца в течение года изменяется почти равномерно. Суточная скорость изменения прямого восхождения Солнца составляет delta alfa_sun about 360°/365,2422 about 1°/сутки.

Склонение Солнца в течении года изменяется неравномерно.

  • delta dec_sun =0,4°/сутки в течении 1 месяца до и 1 месяца после дней равноденствий;
  • delta dec_sun =0,1°/сутки в течении 1 месяца до и 1 месяца после дней солнцестояний;
  • delta dec_sun =0,3°/сутки в оставшиеся 4 промежуточных месяца.

dec_sun_gr

    1. Явления, связанные с движением Солнца для наблюдателей в различных широтах.

Наблюдатель на экваторе lat= 0°

  1. День здесь всегда равен ночи, так как все параллели Солнца делится горизонтом пополам.
  2. В дни равноденствий 21/III и 23/IX Солнце в полдень проходит через точку зенита.
  3. Меридиональное зенитное расстояние в момент верхней кульминации Солнца равно его склонению: Z = 90°- Н. Наименьшая меридиональная высота в момент верхней кульминации H=66°33′ N или S бывает в дни солнцестояний 22.06 и 22.12.
  4. Азимут Солнца в момент восхода и захода равен полярному расстоянию:
  5. Солнце не пересекает 1-й вертикал во время суточного движения и бывает лишь в двух четвертях горизонта. В дни равноденствий Солнце двигается по 1-му вертикалу и в момент верхней кульминации мгновенно изменяет азимут на 180° с E на W.
  6. Зимой и летом нет разницы в движении солнца (различаются только наименования азимутов), и в величинах его высоты поэтому не существует различия во временах года.

sun_eq

Наблюдатель в тропическом поясе lat<23°27′

  1. Солнце восходит и с заходит ежедневно, причем продолжительность дня и ночи несколько изменяется.
  2. Характерной особенностью является то, что дважды в год Солнце в полдень проходит через зенит. Если же у наблюдателя lat = 23°27′ N или S точно, т.е. наблюдатель находится на северном или южном тропике Земли, тогда Солнце в зените бывает один раз в году — 22/VI или 22/ХII.
  3. При и одноименных Солнце в суточном движении пересекает 1-й вертикал и проходит все четверти горизонта. При dec > lat и одноименных Солнце наблюдается только в двух четвертях горизонта, тоже наблюдается при разноименных dec и lat , но независимо от их величин.
  4. Скорость изменения азимута в малых широтах очень не равномерна: от восхода до близких к кульминации моментов азимут меняется медленно, а вблизи кульминации за короткий промежуток времени — очень быстро. Это надо учитывать при плавании в низких шпротах.
  5. Продолжительность пребывания Солнца над горизонтом и угол падения его лучей на Землю летом несколько больше, чем зимой.

sun_tropic

Наблюдатель в умеренном поясе 23°27′ < lat< 66°33′

  1. Солнце и здесь восходит и заходит. При этом разница в продолжительности дня и ночи в течение года более заметна, чем в тропическом поясе.
  2. В зените Солнце не бывает, поскольку не может быть dec = lat
  3. Меридиональная высота Солнца всегда меньше, чем в те же даты в тропическом поясе, поэтому меньше также угол падения солнечных лучей на Землю и обогревание земной поверхности.
  4. В суточном движении Солнце пересекает 1-й вертикал и в течение дня бывает во всех четвертях горизонта при одноименных dec и lat . При разноименных и lat Солнце бывает только в двух четвертях, первая буква наименования которых разноименна с широтой.
  5. Летом меридиональные высоты и угол падения лучей Солнца на Землю значительно больше, чем зимой.

sun_umer

Наблюдатель в полярном поясе lat> 66°33′

  1. Может наблюдаться незаходящее Солнце при dec и lat одноименных или невосходящее Солнце при dec и lat разноименных при условии dec > 90° — lat . Промежуток времени, когда Солнце не заходит, называется полярным днем, а когда Солнце не восходит — полярной ночью. Начало полярного дня бывает, когда Солнце придет на параллель Nc. Соответственно полярная ночь начинается, когда Солнце впервые в данном году придет на параллель. Конец полярного дня и ночи бывает, когда вторично в данном году наблюдается равенство dec = 90°- lat
  2. Меридиональные высоты и угол падения лучей Солнца еще меньше, чем в умеренном поясе, особенно зимой.
  3. При dec и lat одноименных азимуты Солнца в течение суток располагаются во всех четвертях горизонта, при dec и lat разноименных — только в двух.

sun_polar

Наблюдатель на полюсе

  1. День продолжается полгода, пока dec одноименно с lat , ночь длиться тоже полгода, пока dec и lat разноименны.
  2. Так как в суточном движении Солнце перемещается по параллелям, являющимся одновременно и альмукантаратами, то всегда выполняется условие hsun = decsun .
    Наибольшая возможная высота Солнца бывает в один из дней солнцестояний при dec и lat одноименных.

sun_90

Общий вывод для всех наблюдателей. Во всех широтах в дни равнодействий, т. е. 21 марта и 23 сентября, день равен ночи, так как суточное движение Солнца в эти даты происходит приблизительно по экватору, который горизонтом делится пополам. При этом восход Солнца в дни равноденствий бывает близок к точке E, а заход — к точке W.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *