Суточное движение солнца

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наблюдая за суточным движением Солнца в течение года, можно легко заметить в его движении ряд особенностей, отличающихся от суточного движения звезд. Наиболее характерные из них следующие.

1. Место восхода и захода Солнца, а, следовательно, и его азимут изо дня в день изменяются. Начиная с 21 марта (когда Солнце восходит в точке востока, а заходит в точке запада) по 23 сентября восход Солнца наблюдается в норд-остовой четверти, а заход -- в норд-вестовой. В начале этого времени точки восхода и захода Солнца перемещаются к северу, а затем в обратном направлении. 23 сентября так же, как и 21 марта, Солнце восходит в точке востока и заходит в точке запада. Начиная с 23 сентября по 21 марта подобное явление повторится в зюйд-остовой и зюйд-вестовой четвертях. Перемещение точек восхода и захода Солнца имеет годичный период.

Звезды всегда восходят и заходят в одних и тех же точках горизонта.

2. Меридиональная высота Солнца изменяется с каждым днем. Например, в Одессе (ср = 46°,5 N) 22 июня она будет наибольшей и равняться 67°, затем начнет уменьшаться и 22 декабря достигнет наименьшего значения 20°. После 22 декабря меридиональная высота Солнца начнет увеличиваться. Это явление также годичного периода. Меридиональная высота звезд всегда постоянна. 3. Продолжительность времени между кульминациями какой-либо звезды и Солнца беспрерывно изменяется, тогда как продолжительность времени между двумя кульминациями одних и тех же звезд остается постоянной. Так, в полночь мы видим кульминирующими те созвездия, которые в данное время находятся на противоположной стороне сферы от Солнца. Затем одни созвездия уступают место другим, а в течение года в полночь поочередно про кульминируют все созвездия.

4. Продолжительность дня (или ночи) в течение года непостоянна. Это особенно заметно, если сравнить продолжительность летнего и зимнего дней в больших широтах, например в Ленинграде Происходит это потому, что время нахождения Солнца над горизонтом в течение года различное. Звезды над горизонтом находятся всегда одинаковое количество времени.

Таким образом, Солнце, кроме суточного движения, совершаемого совместно со звездами, имеет еще видимое перемещение по сфере с годовым периодом. Это перемещение называют видимым годовым движением Солнца по небесной сфере.

Наиболее наглядное представление об этом движении Солнца получим в том случае, если ежедневно будем определять его экваториальные координаты -- прямое восхождение а и склонение б. Затем по найденным значениям координат нанесем точки на вспомогательную небесную сферу и соединим их плавной кривой. В результате получим большой круг на сфере, который укажет путь видимого годового движения Солнца. Круг на небесной сфере, по которому перемещается Солнце, называется эклиптикой.

Плоскость эклиптики наклонена к плоскости экватора под постоянным углом g = =23°27' , который называется углом наклона эклиптики к экватору (рис.).

солнце меридиональный эклиптика звезда

Видимое годовое движение Солнца по эклиптике происходит в направлении, противоположном вращению небесной сферы, т. е. с запада на восток. Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называют точками равноденствий. Точка, в которой Солнце переходит из южного полушария в северное, а следовательно меняет наименование склонения с южного на северное (т. е. с бS на бN), называется точкой весеннего равноденствия и обозначается значком Y. Этим значком обозначают созвездие Овна, в котором когда-то находилась эта точка. Поэтому иногда ее называют точкой Овна. В настоящее время точка Т находится в созвездии Рыб.

Противоположную точку, в которой Солнце переходит из северного полушария в южное и меняет наименование своего склонения с бN на бS, называют точкой осеннего равноденствия. Ее обозначают значком созвездия Весов O, в котором она когда-то находилась. В настоящее время точка осеннего равноденствия находится в созвездии Девы.

Точку L называют точкой летнего, а точку L' -- точкой зимнего солнцестояний.

Проследим за видимым движением Солнца по эклиптике в течение года.

В точку весеннего равноденствия Солнце приходит 21 марта. Прямое восхождение a и склонение Солнца б равны нулю. На всем земном шаре Солнце восходит в точке Ost и заходит в точке W, а день равен ночи. С 21 марта Солнце перемещается по эклиптике в сторону точки летнего солнцестояния. Прямое восхождение и склонение Солнца беспрерывно увеличиваются. В северном полушарии наступает астрономическая весна, а в южном -- осень.

22 июня, примерно через 3 месяца, Солнце приходит в точку летнего солнцестояния L. Прямое восхождение Солнца а=90° , a склонение б = 23°27'N. В северном полушарии наступает астрономическое лето (самые длинные дни и короткие ночи), а в южном--зима (самые длинные ночи и короткие дни) . При дальнейшем движении Солнца его северное склонение начинает уменьшаться, а прямое восхождение по-прежнему увеличивается.

Примерно еще через три месяца, 23 сентября, Солнце приходит в точку осеннего равноденствия Q. Прямое восхождение Солнца а=180° , асклонение б=0° . Так как б=0 ° (как и 21 марта), то для всех точек земной поверхности Солнце восходит в точке Ost и заходит в точке W. День будет равен ночи. Наименование склонения Солнца меняется с северного 8n на южное -- бS. В северном полушарии наступает астрономическая осень, а в южном -- весна. При дальнейшем перемещении Солнца по эклиптике к точке зимнего солнцестояния U склонение 6 и прямое восхождение аО увеличиваются.

22 декабря Солнце приходит в точку зимнего солнцестояния L'. Прямое восхождение а=270 ° и склонение б=23°27'S. В северном полушарии наступает астрономическая зима, а в южном -- лето.

После 22 декабря Солнце перемещается к точке Т. Наименование его склонения остается южным, но уменьшается, а прямое восхождение увеличивается. Примерно через 3 месяца, 21 марта, Солнце, совершив полный оборот по эклиптике, возвращается в точку Овна.

Изменения прямого восхождения и склонения Солнца в течение года не остаются постоянными. Для приближенных расчетов суточное изменение прямого восхождения Солнца принимают равным 1°. Изменение склонения за сутки принимают равным 0°,4 в течение одного месяца до равноденствия и одного месяца после, а изменение 0°,1 в течение одного месяца до солнцестояний и одного месяца после солнцестояний; все остальное время изменение склонения Солнца принимают равным 0°,3.

Особенность изменения прямого восхождения Солнца играет важную роль при выборе основных единиц для измерения времени.

Точка весеннего равноденствия перемещается по эклиптике навстречу годовому движению Солнца. Годовое перемещение ее равно 50", 27 или округленно 50",3 (для 1950 г.). Следовательно, Солнце не доходит до первоначального места относительно неподвижных звезд на величину 50",3. Для прохождения Солнцем указанного пути понадобится 20мм 24c. По этой причине весна

Наступает раньше, чем Солнце окончит и своем видимом годовом движении полный круг в 360° относительно неподвижных звезд. Смещение момента наступления весны было обнаружено Гиппархом во II в. до н. э. по наблюдениям звезд, которые он производил на острове Родос. Это явление он назвал предварением равноденствий, или прецессией.

Явление перемещения точки весеннего равноденствия вызвало необходимость ввести понятия тропического и звездного годов. Тропическим годом называют промежуток времени, в течение которого Солнце совершает полный оборот по небесной сфере относительно точки весеннего равноденствия Т. "Продолжительность тропического года равна 365,2422 суток. Тропический год согласуется с природными явлениями и точно содержит в себе полный цикл сезонов года: весну, лето, осень и зиму.

Звездным годом называют промежуток времени, в течение которого Солнце совершает полный оборот по небесной сфере относительно звезд. Продолжительность звездного года равна 365,2561 суток. Звездный год длиннее тропического.

В своем видимом годовом движении по небесной сфере Солнце проходит среди различных звезд, расположенных вдоль эклиптики. Еще в глубокой древности эти звезды разделили на 12 созвездий, большинству из которых дали имена животных. Полоса неба вдоль эклиптики, образуемая этими созвездиями, была названа Зодиаком (круг животных), а созвездия -- зодиакальными.

По сезонам года Солнце проходит следующие созвездия:

От совместного движения Солнца--годового по эклиптике и суточного вследствие вращения небесной сферы создается общее движение Солнца по спиралеобразной линии. Крайние параллели этой линии удалены по обе стороны от экватора на расстояниях в=23°,5.

22 июня, когда Солнце описывает крайнюю суточную параллель на северной небесной полусфере, оно находится в созвездии Близнецов. В далеком прошлом Солнце находилось в созвездии Рака. 22 декабря Солнце находится в созвездии Стрельца, а в прошлом оно было в созвездии Козерога. Поэтому крайняя северная небесная параллель была названа тропиком Рака, а южная -- тропиком Козерога. Соответствующие им земные параллели с широтами cp = беmах =23°27' в северном полушарии назвали тропиком Рака, или северным тропиком, а в южном -- тропиком Козерога, или южным тропиком.

В совместном движении Солнца, которое происходит по эклиптике с одновременным вращением небесной сферы, имеется ряд особенностей: изменяется длина суточной параллели над горизонтом и под горизонтом (а следовательно, и продолжительность дня и ночи), изменяются меридиональные высоты Солнца, точки восхода и захода и т. д. Все эти явления зависят от соотношения между географической широтой места и склонением Солнца. Поэтому для наблюдателя, находящегося в разных широтах, они будут различными.

Рассмотрим эти явления в некоторых широтах:

1. Наблюдатель находится на экваторе, ср = 0°. Ось мира лежит в плоскости истинного горизонта. Небесный экватор совпадает с первым вертикалом. Суточные параллели Солнца параллельны первому вертикалу, поэтому Солнце в своем суточном движении никогда не пересекает первого вертикала. Солнце ежедневно восходит и заходит. День всегда равен ночи. В зените Солнце бывает два раза в год -- 21 марта и 23 сентября (рис.).

2. Наблюдатель находится в широте ц < 23°27'N или S. Этот пояс называют тропиками. В местах тропического пояса Солнце 2 раза в год проходит через зенит, а на границах пояса (ц = 23°27'N или S) -- по одному разу. Солнце ежедневно восходит и заходит.

3. Наблюдатель находится в широте 23°27'<ц< 66°33'N или S. Пояс называют умеренным. В этом поясе Солнце никогда не проходит через зенит. В течение суток Солнце всегда восходит и заходит. Если склонение Солнца одноименно с широтой, то Солнце в суточном движении пересекает первый вертикал в надгоризонтной части и его азимут изменяется во всех четырех четвертях.

4. Наблюдатель находится в широте ц > 66°33'N или S (рис.83). Пояс полярный. Параллели ф = 66°33'N или S называют полярными кругами. В полярном поясе могут наблюдаться- полярные дни и ночи, т. е. когда Солнце больше суток находится над горизонтом или больше суток под горизонтом. Продолжительность полярных дней и ночей тем больше, чем больше широта. Солнце восходит и заходит только в те дни, когда его склонение меньше 90°--ц.

5. Наблюдатель находится на полюсе ц=90°N или S. Ось мира совпадает с отвесной линией и, следовательно, экватор--с плоскостью истинного горизонта. Положение меридиана наблюдателя будет неопределенным, поэтому отсутствуют части света. В течение суток Солнце движется параллельно горизонту.

В дни равноденствий наступают полярные восходы или заходы Солнца. В дни солнцестояний высота Солнца достигает наибольших значений. Высота Солнца всегда равна его склонению. Полярный день и полярная ночь продолжаются по 6 месяцев.

Таким образом, из-за различных астрономических явлений, обусловленных совместным суточным и годовым движением Солнца в разных широтах (прохождение через зенит, явления полярного дня и ночи) и вызванных этими явлениями климатических особенностей, земная поверхность разделена на тропический, умеренные и полярные пояса.

Тропическим поясом называется часть земной поверхности (между широтами ц=23°27'N и 23°27'S), в которой Солнце ежесуточно восходит и заходит и в течение года два раза бывает в зените. Тропический пояс занимает 40% всей земной поверхности.

Умеренным поясом называется часть земной поверхности, в которой Солнце ежесуточно восходит и заходит, но никогда не бывает в зените. Существуют два умеренных пояса. В северном полушарии между широтами ц = 23°27'N и ц = 66°33'N, а в южном -- между широтами ц=23°27'S и ц = 66°33'S. Умеренные пояса занимают 50% земной поверхности.

Полярным поясом называется часть земной поверхности, в которой наблюдаются полярные дни и ночи. Существуют два полярных пояса. Северный полярный пояс распространяется от широты ц = 66°33'N до северного полюса, а южный -- от ц = 66°33'S до южного полюса. Они занимают 10% земной поверхности.

Впервые правильное объяснение видимого годового движения Солнца по небесной сфере дал Николай Коперник (1473--1543). Он показал, что годовое движение Солнца по небесной сфере не действительное его движение, а только видимое, отражающее годовое движение Земли вокруг Солнца. Система мира Коперника была названа гелиоцентрической. По этой системе в центре солнечной системы находится Солнце, вокруг которого движутся планеты, в том числе и наша Земля.

Земля одновременно участвует в двух движениях: вращается вокруг своей оси и движется по эллипсу вокруг Солнца. Вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи. Движение ее вокруг Солнца вызывает смену времен года. От совместного вращения Земли вокруг ее оси и движения вокруг Солнца происходит видимое движение Солнца по небесной сфере.

Для объяснения видимого годового движения Солнца по небесной сфере воспользуемся рис. 84. В центре расположено Солнце S, вокруг которого против часовой стрелки движется Земля. Земная ось сохраняет неизменное положение в пространстве и составляет с плоскостью эклиптики угол, равный 66°33'. Поэтому плоскость экватора наклонена к плоскости эклиптики под углом е=23°27' . Далее идет небесная сфера с эклиптикой и нанесенными на ней знаками созвездий Зодиака в современном их расположении.

В положение I Земля приходит 21 марта. Если смотреть с Земли, то Солнце проектируется на небесную сферу в точку Т, находящуюся в настоящее время в созвездии Рыб. Склонение Солнца бе=0° . Наблюдатель, находящийся на экваторе Земли, видит Солнце в полдень в зените. Все земные параллели освещаются наполовину, поэтому во всех точках земной поверхности день равен ночи. В северном полушарии начинается астрономическая весна, а в южном -- осень (рис).

В положение II Земля приходит 22 июня. Склонение Солнца б=23°,5N. Если смотреть с Земли, то Солнце проектируется в созвездие Близнецов. Для наблюдателя, находящегося в широте ц=23°,5N, (Солнце в полдень проходит через зенит. Большая часть суточных параллелей освещается в северном полушарии и меньшая -- в южном. Освещается северный полярный пояс и не освещается южный. На северном длится полярный день, а на южном-- полярная ночь. В северном полушарии Земли лучи Солнца падают почти отвесно, а в южное -- под углом, поэтому в северном полушарии наступает астрономическое лето, а в южном -- зима.

В положение III Земля приходит 23 сентября. Склонение Солнца бо=0 ° и оно проектируется в точку Весов, которая теперь находится в созвездии Девы. Наблюдатель, находящийся на экваторе, видит Солнце в полдень в зените. Все земные параллели освещаются Солнцем наполовину, поэтому во всех точках Земли день равен ночи. В северном полушарии начинается астрономическая осень, а в южном -- весна.

22 декабря Земля приходит в положение IV Солнце проектируется в созвездие Стрельца. Склонение Солнца 6=23°,5S. В южном полушарии освещается большая часть суточных параллелей, чем в северном, поэтому в южном полушарии день длиннее ночи, а в северном -- наоборот. Лучи Солнца в южное полушарие падают почти отвесно, а в северное -- под углом. Поэтому в южном полушарии наступает астрономическое лето, а в северном -- зима. Солнце освещает южный полярный пояс и не освещает северный. На южном полярном поясе наблюдается полярный день, а на северном -- ночь.

Соответствующие объяснения можно дать и для остальных промежуточных положений Земли.

Размещено на Allbest.ru