Положение солнца в разное время суток. Астрономические опыты

Помимо суточного вращения, Земля вращается вокруг Солнца. Это приводит к тому, что, по мере перемещения Земли по орбите, Солнце проектируется в различные точки небесной сферы. Если в течение года эти точки соединить плавной кривой, получим большой круг на небесной сфере. Большой круг небесной сферы, по которому в течение года кажущимся образом перемещается Солнце, называется эклиптикой.

На рис. 1.10 показана часть небесной сферы, с нанесёнными на ней небесным экватором и эклиптикой. Точкой П N обозначен северный полюс эклиптики. На эклиптике показано также Солнце и направление его перемещения в течение года.

Фактически эклиптика представляет собой след пересечения плоско сти орбиты Земли с небесной сферой, а наклон эклиптики к небесному экватору определяется наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты . Этот наклон равен 66,5°. Поэтому наклон небесного экватора к эклиптике δ=23,5°.

На эклиптике существуют четыре характерные точки: две точки пересечения с небесным экватором и две, отстоящие от них на 90°. Точки пересечения эклиптики с небесным экватором называются точками равноденствия, точки, отстоящие от них на 90°, называются точками солнцестояний.

Точка, в которой Солнце переходит из южного полушария в северное (см. рис. 1.10), называется точкой весеннего равноденствия или точкой Овна (Y). Противоположная точка – точка осеннего равноденствия или точка Весов (Ώ).

Точка L северной части эклиптики, отстоящая от точек равноденствия на 90°, называется точкой летнего солнцестояния. Противоположная точка – точка зимнего солнцестояния L ‘.

Точку весеннего равноденствия Солнце проходит 21 марта, точку летнего солнцестояния – 22 июня, точку осеннего равноденствия – 23 сентября и точку зимнего солнцестояния – 22 декабря.

Так как Земля по орбите вращается неравномерно, то и кажущееся пе ремещение Солнца по эклиптике происходит неравномерно. Быстрее всего Солнце перемещается зимой около 4 января, медленнее всего – летом около 4 июля.

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку Овна называется тропическим годом . Он равен 365,2422 средних суток. Все календари, ориентированные на Солнце, строятся так, чтобы средняя продолжительность гражданского года была как можно ближе к продолжительности тропического года.

Как видно из рис. 1.10, в течение года экваториальные координаты Солнца непрерывно меняются. Прямое восхождение изменяется от 0° до 360°. Склонение изменяется от 0° до 23,5°. Причем, между 21 марта и 23 сентября склонение Солнца северное. После 23 сентября и до 21 марта склонение Солнца южное.

Для приближенных расчетов принято считать суточное изменение прямого восхождения – 1°. Суточное изменение склонения принято считать месяц до и месяц после равноденствий – по 0,4°, месяц до и месяц после солнцестояний – по 0,1°, остальное время – по 0,3°. Для уменьшения погрешностей расчет следует вести от ближайшей характерной точки эклиптики.

Так как склонение Солнца в течение года меняется, изменяется и положение суточной параллели Солнца для наблюдателя на данной широте. Рассмотрим совместное влияние суточного вращения и годового движения Земли на кажущееся перемещение Солнца по небесной сфере.

На рис. 1.11 а) показана проекция небесной сферы на плоскость меридиана наблюдателя на широте около 10° N. Суточная параллель Солнца описываемая 22 июня, когда его склонение равно 23,5° N , называется тропиком Рака ; суточная параллель , описываемая Солнцем 22 декабря – тропиком Козерога . В эти дни склонение Солнца максимально. Все остальные суточные параллели располагаются между этими тропиками.

В один из дней склонение Солнца, уменьшаясь после 22 июня, достигает значения, равного широте и суточная параллель пройдет через зенит , т.е. в этот день Солнце кульминирует в зените на этой широте.

21 марта и 23 сентября склонение Солнца равно 0° и суточная параллель проходит по небесному экватору. На рис. 1.11 видно, что в эти дни половина суточной параллели расположена над горизонтом, половина -под горизонтом, т.е. в эти дни день равен ночи независимо от широты.

После 22 декабря, когда Солнце описывает тропик Козерога, в один из дней склонение Солнца снова станет равным широте и Солнце вторично за год на этой широте кульминирует в зените.

Часть поверхности земного шара, где Солнце хотя бы раз в году кульминирует в зените , называется тропическим или жарким поясом. Его границами являются географические параллели 23,5 N и 23,5 S , которые также называются тропиками Рака и Козерога .

На рис. 1.11(6) показана проекция небесной сферы для наблюдателя на широте около 75° N . 21 марта суточная параллель проходит по небесному экватору и день равен ночи. По мере того, как увеличивается северное склонение, суточная параллель поднимается все выше и в один из дней, когда склонение станет равным 90°- φ , она коснется горизонта в точке N и после этого будет полностью проходить над горизонтом.

Явление, когда Солнце более 24 часов находится над горизонтом, называется полярным днём . Полярный день будет продолжаться до тех пор, пока Солнце, дойдя до тропика Рака, не опустится снова на суточную параллель со склонением, равным 90°- φ . После этого начнутся обычные

сутки с восходами и заходами Солнца.

При аналогичных, но разноимённых с широтой, склонениях Солнца суточная параллель расположится под горизонтам и наступит полярная ночь. Часть поверхности земного шара, где наблюдается полярный день и полярная ночь, называется полярным или холодным поясом. Полярных поясов два : один расположен севернее параллели 66,5 N , другой – южнее параллели 66,5° S .

Анализируя рис. 1.11 (б), не трудно видеть, что на полюсе Солнце половину года расположено над горизонтом, половину – под горизонтом, т.е. год состоит из полярного дня и полярной ночи.

Часть поверхности земного шара, заключений между тропическим и полярным поясами, называется умеренным поясом. Умеренных поясов два. Они заключены между параллелями 23,5° и б6,5° в северном и южном полушариях. В умеренном поясе Солнце никогда не бывает в зените и не наблюдается полярный день и полярная ночь.

Перемещаясь в течение года по эклиптике, Солнце проходит по различным созвездиям. Таких созвездий 12 – по одному на каждый месяц. Эти созвездия называются зодиакальными , а их условные обозначения знаками Зодиака. Переход из одного созвездия в другое происходит в начале двадцатых чисел каждого месяца.

Собственное движение Луны

Луна является ближайшим небесным телом и обращается вокруг Зем ли , точнее, вокруг центра масс системы Земля – Луна, по эллиптической орбите на среднем расстоянии 384 тысячи километров от Земли.

Период обращения Луны вокруг Земли относительно неподвижных звезд составляет 27,32 средних суток и называется сидерическим месяцем. В сутки Луна перемещается относительно неподвижных звезд на 13,2°.

Вращение Луны происходит в ту же сторону, что и движение Солнца по эклиптике. Поэтому за сидерический месяц Солнце перемещается по эклиптике примерно на 27° и Луне требуется ещё 2,21 средних суток, чтобы придти в исходное положение относительно Солнца. Период обращения Луны вокруг Земли относительно Солнца называется синодическим месяцем и он равен 29,53 средних суток.

Внешний вид Луны определяется взаимным расположением Солнца и Луны, поэтому в дальнейшем под термином «месяц» будем подразумевать синодический месяц . За начало синодического месяца принимают расположение Луны между Землёй и Солнцем, когда освещена обратная сторона Луны, а обращенная к Земле сторона невидна.

Фазой Луны называется отношение освещенной части диска ко всему диску . Фаза (Ф) выражается дробным числом от 0 до 1. Некоторые характерные фазы имеют названия: Ф=0 – новолуние; Ф=1 – полнолуние; Ф=0,5 – четверть.

На рис. 1.12 буквой С обозначено Солнце буквой 3 – Земля. Внешний круг – лунная орбита, на которой показаны 8 равноотстоящих положений Луны. На внутреннем круге показан вид Луны для наблюдателя на Земле при этом положении Луны на орбите.

Анализируя последовательное изменение внешнего вида Луны, видим, что лунный серп, увеличиваясь после новолуния справа, в третьем положении заполняет половину диска. Эта фаза называется первой четвертью. В положении 5 наступает полнолуние. Затем диск начинает убывать справа и в положении 7 наступает последняя четверть, когда освещена левая половина диска.

Количество дней, прошедших от новолуния до данного момента, называется возрастом Луны (В). По возрасту Луны можно представить фазу. Так, при В=0 – новолуние; при В=7,5 – первая четверть; при В=15 -полнолуние; при В=22,5 – последняя четверть; при В=4 – серп занимает около четверти

диска с права-(молодой месяц).

Фаза Луны определяет условия видимости в ночное время и приводится, как и возраст Луны, на 0 часов гринвичского времени в Морском астрономическом ежегоднике.

Приближенно возраст Луны можно подсчитать по формуле:

где Д – дата; № – номер месяца; Л – лунное число, постоянное на весь год. Лунное число, как и возраст Луны, лежит в пределах от 0 до 30. В 1998 году лунное число равнялось 0. Затем каждый год оно увеличивается на 11. Значения лунного числа на несколько лет вперед приведены в табл. 1 1

2011год-23.

:Например, 2.09.11г. В = 2 + 9 + 23 = 44(14). В этот день будет полнолуние.

Взаимное расположение Солнца, Земли и Луны влияет на величину прилива и элементы приливо-отливных течений. Расположение их на одной прямой (новолуние или полнолуние ± два дня) называется сизигией. В сизигию наблюдаются экстремальные значения приливов и элементов приливо-отливных течений. Положение Луны в первую и последнюю четверти называется квадратурой. В квадратуру наблюдаются минимальные колебания уровня.

Небесная сфера

Долгие века "земная твердь" считалась образцом незыблемости и неподвижности. Нет ничего удивительного, что эта ошибка продержалась так долго, ведь все наши чувства говорят о неподвижности Земли и вращении вокруг нее "небесного свода" со звездами, Солнцем и Луной. Но и сейчас в астрономии, как память о тех давних временах, используется понятие небесной сферы - воображаемой бесконечно большой сферы, в центре которой находится наблюдатель и на поверхности которой отображаются движения небесных светил.

Конечно, самым заметным является суточное вращение неба - утром встает Солнце, проходит по небу и опускается за горизонт, звезды, которые вечером видны на востоке, к полуночи высоко поднимаются на юге а затем опускаются к западу, снова встает Солнце... Кажется, что небо вращается вокруг невидимой оси, расположенной около Полярной звезды.

Движение звезд вокруг Полюса мира. Фото А. Миронова

Но суточное вращение неба очень зависит от нашего положения на земном шаре - если мы окажемся в южном полушарии, нам будет очень непривычно, что Солнце движется по небу в противоположном направлении - справа налево. Посмотрим подробнее, как изменяется видимое вращение небесного свода в разных местах Земли.

Для начала следует запомнить, что высота Полюса Мира (точки, вокруг которой происходит вращение неба) над горизонтом всегда равна географической широте места наблюдения. Значит, на северном полюсе Полярная звезда будет находиться в зените, а все светила будут в суточном вращении двигаться слева направо параллельно горизонту, никогда не восходя и не заходя. Находясь на полюсе, мы могли бы увидеть звезды только одного полушария, зато в любую ночь.

Напротив, для наблюдателя на экваторе не существует невосходящих звезд (впрочем, как и незаходящих) - все звезды неба доступны для наблюдений, они восходят вертикально в восточной части горизонта и ровно через 12 часов заходят в западной части неба.

В средних широтах часть звезд в окрестностях полюса никогда не опускается под горизонт, но такая же область неба вокруг противоположного полюса никогда не доступна для наблюдений, остальные же звезды, полосой расположенные с обеих сторон небесного экватора, восходят и заходят в течение суток.

Примерно так же будет выглядеть и движение светил в средних широтах южного полушария с той только разницей, что будет виден над горизонтом южный Полюс Мира, вокруг которого звезды вращаются по часовой стрелке, а знакомые нам экваториальные созвездия, перевернутые "вверх ногами", выше всего поднимаются в северной части неба и двигаются справа налево.

Движение Солнца и сутки

Говоря о движении звезд, мы не интересовались расстоянием до них и движением Земли вокруг Солнца - расстояния до звезд огромны и изменения их положений из-за годового движения Земли очень малы и могут быть измерены только очень точными инструментами. Совсем другое дело - Солнце. Движение Земли по орбите приводит к видимому движению Солнца среди звезд. Путь, который проходит Солнце на небе в течение года называют эклиптикой. Так как земная ось наклонена на 23,5°, то при обращении Земли вокруг Солнца к нему оказывается повернуто то северное, то южное полушарие - этим и объясняется смена сезонов на нашей планете.

Когда к Солнцу повернуто северное полушарие - там наступает лето, Солнце в своем видимом пути по эклиптике оказывается в северной ее части и у нас, в северном полушарии, выше поднимается над горизонтом. На северном полюсе на полгода Солнце становится незаходящим светилом - там наступает полярный день. Немного южнее полярный день длится уже меньше и на широте полярного круга (66,5° - полярный круг отстоит на 23,5° от полюса) Солнце не заходит всего лишь несколько дней в середине лета, вблизи дня летнего солнцестояния (22 июня). Зимой на полюсе почти полгода не восходит Солнце (немного меньше из-за рефракции), южнее полярная ночь становится все короче и вне полярного круга Солнце даже в середине зимы встает над горизонтом.

В средних и экваториальных широтах Солнце всегда восходит и заходит, продолжительность дня сильно зависит не только от времени года, но и от широты - чем ближе к экватору, тем меньше отличается продолжительность дня зимой и летом и тем ближе продолжительность дня и ночи к 12 часам. Но только на экваторе продолжительность дня и ночи всегда постоянна. Продолжительность сумерек тоже зависит от широты - в экваториальных широтах Солнце садится перпендикулярно горизонту и сумерки самые короткие, а на широте Санкт-Петербурга в середине лета они продолжаются от захода Солнца до его восхода - это и есть знаменитые белые ночи.

От широты зависит, как высоко может подняться Солнце над горизонтом - в день солнцестояния эта высота составит 90°-φ+23,5°.

Кстати, очень распространено ошибочное мнение, что на экваторе Солнце в полдень всегда бывает в зените - это не так, в любой точке Земли, лежащей между линий тропиков (от 23,5°ю.ш. до 23,5°с.ш.) точно через зенит Солнце проходит лишь дважды в году, на экваторе - в дни равноденствий, а на линиях тропиков - только раз в году, в день летнего солнцестояния на северном тропике и в день зимнего солнцестояния - на южном.

Движение Земли вокруг Солнца приводит к еще одному важному явлению - продолжительность солнечных суток (промежуток времени между двумя полуднями) не совпадает с сутками звездными (промежутком времени между прохождением через меридиан какой-либо звезды). Дело в том, что Земле необходимо дополнительное время, чтобы повернуться на угол, который она проходит за сутки по своей орбите. Более того, продолжительность солнечных суток непостоянна (см. статью Уравнение времени). Легко сделать приблизительную прикидку - за сутки земля проходит 1/365 часть своей орбиты или чуть меньше 1°, а если Земля совершает оборот вокруг своей оси (360°) приблизительно за 24 часа, то на 1° она повернется примерно за 4 минуты. Действительно, звездные сутки составляют 23 часа 56 минут 4 секунды.

Луна

Наш спутник с древних времен служил людям для счета времени, и это не случайно - изменение фаз Луны легко наблюдать и продолжительность месяца определить несложно, к тому же месяц стал очень удобной промежуточной единицей измерения времени между сутками и годом. Кстати, всем привычная семидневная неделя тоже связана с Луной - 7 суток это примерно четверть месяца (и фазы Луны тоже отмеряют четвертями). Большинство древних календарей были лунными и лунно-солнечными.

Конечно, первое, что бросается в глаза при наблюдениях Луны - это изменение ее вида в течение месяца от тонкого серпа, который можно заметить сразу после захода Солнца спустя 2-3 суток после новолуния, к фазе первой четверти (в северном полушарии освещена правая половина диска Луны), далее к полнолунию, последней четверти (освещена левая половина диска) и, наконец, к новолунию, когда Луна сближается с Солнцем и исчезает в его лучах. Смена фаз объясняется изменением положения Луны относительно Солнца при обращении ее вокруг Земли, полный цикл изменения фаз - оборот относительно Солнца или синодический месяц продолжается около 29,5 суток. Период обращения относительно звезд (сидерический месяц) немного меньше и составляет 27,3 суток. Как видите, в году содержится нецелое число месяцев, поэтому лунно-солнечные календари используют специальные правила чередования 12-месячных и 13-месячных лет, из-за этого они довольно сложны и сейчас в большинстве стран вытеснены григорианским календарем, никак не связанным с Луной - в память о его предшественниках остались лишь месяцы (правда, более продолжительные, чем лунные) и недели...

В движении Луны есть еще одна интересная особенность - период ее вращения вокруг своей оси совпадает с периодом обращения вокруг Земли, поэтому наш спутник всегда повернут к Земле одним полушарием. Но нельзя сказать, что мы можем видеть только половину поверхности Луны - из за неравномерности орбитального движения Луны и наклона ее орбиты к экватору Земли, относительно земного наблюдателя Луна немного поворачивается как по широте, так и по долготе (это явление называется либрацией) и мы можем видеть краевые зоны диска - в сумме наблюдениям доступно около 60% лунной поверхности.

Жан Эффель, "Сотворение мира"
-Нелегко завести вселенную!

Солнцестояние (также солнцеворот) – астрономическое событие, момент прохождения центра Солнца через точки эклиптики, наиболее удалённые от экватора небесной сферы и называемые точками солнцестояния.

Равноденствие – астрономическое явление, когда центр Солнца в своём видимом движении по эклиптике пересекает небесный экватор. При наблюдении Земли из космоса в равноденствие терминатор проходит по географическим полюсам Земли и перпендикулярен земному экватору.

Эти даты были одними из самых почитаемых в дохристианский период. Солнцеворот, коловорот, равноденствие, солнцестояние – названия солнечных праздников, которые ещё называют четырьмя ипостасями славянского Даждьбога, которым и является само Солнце – сын Сварога.

• Коляда – зимний солнцеворот (21-22 декабря)
• Масленица или Комоедицы – день весеннего равноденствия (21-22 марта)
• Купайло (Купала) – летнее солнцестояние (21-22 июня)
• Радогощь (Световит, Вересень, Таусень) – осеннее равноденствие (22-23 сентября)

Коляда – зимний солнцеворот или самая длинная ночь в году. В этот период молодое солнце Коляда сменяет на посту старика-солнце Световита. Оттого светлое время суток с этого дня начинает нарастать. Подменён церковью на Рождество христово.

Масленица или Комоедицы – день весеннего равноденствия (день и ночь равны по времени), прощание с зимой, сжигание чучела Марены, встреча весны и славянского Нового Года. Дата 21-22 марта также является началом астрономической весны. День с этого дня становится длиннее ночи. Ярило-Солнце сменяет Коляду и прогоняет Зиму-Марену. Традиционно этот коловорот праздновался целых две недели.

Купайло – день летнего солнцестояния. Самый длинный день и самая короткая ночь в году. Последний день Русальной недели или Русалий. Купала – один из древнейших праздников, который сохранил неизменными множество традиций и обычаев до наших дней, например: похороны Ярилы, которого сменяет Бог летнего солнца Купала, сбор целебных трав, поиск цветка папоротника и т.д. Купайло также является великим праздником, который ныне подменён церковью на день рождения Иоанна Крестителя.

Радогощь (Световит, Вересень, Таусень) – день осеннего равноденствия (день и ночь равны по времени). В этот день вступает в права Солнце-Старик Световит. Ночь становится длиннее дня. Является как солнечным праздником, так и праздником окончания сбора урожая. Подменён церковью на Рождество пресвятой богородицы.

Положение солнца в дни солнцестояния

Периоды между солнцестояниями – это время смещения солнца либо выше над горизонтом, либо ниже.

Астрономы отмечают, что движение жаркого светила похоже на синусоиду:

• после зимнего солнцестояния оно ежедневно подымается выше
• после летнего – наоборот, опускается ниже

Угол, создаваемый солнцем и земным горизонтом, другими словами астрономическая долгота жаркого светила составляет:

• 90° в июне
• 270° в декабре

В астрономии с момента вхождения Солнцем в зодиакальный знак Тельца в июне берет отсчёт лето, а в знак Стрельца в декабре – зима. За несколько дней до и после солнцестояния жаркое небесное светило «замирает» в одной точке в полдень.

Однако вы не увидите солнце прямо над головой в дни солнцестояний.

Если вы житель северного полушария Земли, то:

• отправляйтесь выше экватора на 23,5° перед днем летнего солнцестояния, чтобы видеть жаркую планету вертикально над собой,
• посетите 23,5° южной широты, чтобы увидеть аналогичное явление во время зимнего солнцестояния.

Положение солнца в дни равноденствия

Дни равноденствия представляют собой некий рубеж, когда солнце перемещается из северного в южное полушарие осенью и наоборот – весной. Это для части нашей планеты, что расположена над экватором. Солнце в эти дни направляет свои лучи так, что они равномерно прогревают всю повернутую к нему часть Земли.

Другая особенность этих календарных дат – за день до и после, а также во время равноденствия солнце всходит четко на востоке, а садится на западе. Правда, данное явление характерно только для 23,5° северной либо южной широты. В других местностях присутствует легкий сдвиг к северу или югу.

Дни равноденствия и солнцестояния: магия

Эти 4 дня в году имеют максимальную энергию не только из-за смены времен. Славяне отлично это знали и гармонично выстраивали свою жизнь так, чтобы упорядочивать и развивать свои отношения с природой.

Общим моментом во время празднований всех солнцестояний и равноденствий у наших предков были массовые гуляния.

Все селение собиралось вместе:

• проводились разные игры и забавы
• водились хороводы
• все кушали
• хвалили богов
• поминали предков

Все происходило весело, легко и естественно.

• Летнее солнцестояние до сих пор мы отмечаем как Купалу. Ищем заветный цветок папоротника в надежде на удачу и исполнение заветной мечты.
• На осеннее равноденствие предки устраивали праздник урожая. Взрослые проводили уборку в доме, дворе, на полях. Дети украшали жилища гроздьями рябины. Считалось, что она весь год будет оберегать дом и его обитателей от зла.

Зимнее солнцестояние, или рождение Коляды – молодого солнца, отмечалось с особенным размахом. Тут было место и:

• гаданиям о суженом, замужестве, погоде на будущий год, урожае
• колядованию и переодеванию в зверей для отпугивания темных сил
• прыжки через костер для сжигания всех обид, зависти и подобных грехов

Три дня до и столько же после Коляды обладали особой силой. Хозяйки наводили порядок в своих головах и домах, привлекали здоровье и благополучие в жизнь семьи. Они наблюдали за событиями 12 дней после Коляды, чтобы понимать, что принесет грядущий год для семьи.

• День весеннего равноденствия имел особую силу. Природа пробуждалась от зимнего сна, начинался новый год для работы на земле.
• В это время пекли блины, была Масленица. Но длилась она 2 недели – одна до, вторая после дня равноденствия.
• Хозяйки пекли жаворонков – небольших птиц из сладкого теста.
• Вечером все прыгали через костры, чтобы обновиться для нового витка жизни. Например, если незамужняя девушка прыгала, то она обязательно станет матерью богатыря.