Меняется ли угол восхода/захода солнца каждые несколько месяцев?

Когда я жил в Дарвине, Австралия, я заметил, что Солнце садится немного в другом направлении к западу. По вечерам я сидел на диване и смотрел телевизор. Справа от меня было огромное окно, и заходящее солнце всегда ярко светило мне в лицо. Поэтому я передвинул единственную вертикальную шторку, чтобы заблокировать ее почти правильно. В октябре/ноябре я снова начал замечать, как солнце светит мне в глаза. Ни кушетка, ни штора не двигались. После того, как я снова передвинул жалюзи, чтобы закрыть солнце, через несколько месяцев мне снова пришлось передвигать жалюзи. Я жил один, и штора или диван никак не могли сдвинуться.

Когда я жил в Канберре, Австралия, у меня была привычка выходить из дома рано утром. Я смотрел на солнце, как только выходил на улицу, потому что было слишком холодно, и я хотел, чтобы солнце освещало мои глаза/лицо. В октябре/ноябре я снова заметил, что мое обычное положение лицом к солнцу было неправильным. Солнце вставало под немного другим углом. Итак, если раньше солнце восходило под углом 130 градусов от моей двери, то теперь оно будет подниматься под углом 110 градусов. Дверь выходила на юго-восток, и из-за очень узкой тропинки и растительности от моей двери я совершенно уверен в своем расположении.

Я действительно не знаю, как называется это явление. Когда я жил столько лет в других странах, я никогда не замечал этого. Я просто глупый, или Солнце восходит/заходит по-разному каждые столько месяцев?

Студенты Массачусетского технологического института отмечают это явление в дни, когда заходящее солнце освещает ось самых длинных коридоров основных зданий кампуса. Будет на следующей неделе!
Манхэттенхендж является более известным примером этого.
Легенда гласит, что восход солнца освещает железнодорожный туннель Бокс недалеко от Бата, Великобритания, в день рождения Брунеля .
Термин солнцестояние буквально означает «остановка солнца» и указывает на точку, в которой путь солнца достиг своего предела и начинает двигаться в обратном направлении.
Жители прибрежной Калифорнии, которые регулярно ходят на один и тот же пляж, чтобы полюбоваться закатом, могут легко сказать, что он движется.
@JohnDoty - ну, по логике, если коридоры в этом здании на самом деле параллельны, то солнце явно не может освещать их все ОДНОВРЕМЕННО, так как только ОДИН из них может указывать прямо на солнце в любой данный момент, если только - и вы, без сомнения, найдете это забавным - если - и я, конечно, указываю на логическую невозможность этой ситуации - если только - вы готовы к этому? - разве что - ха-ха, это ДЕЙСТВИТЕЛЬНО смешно! - ЕСЛИ СОЛНЦЕ НА САМОМ ДЕЛЕ БОЛЬШЕ ЗДАНИЯ!!!! Смешно, я знаю, но вот вы...
Связанный вопрос: astronomy.stackexchange.com/q/6546/189

Ответы (6)

Солнце каждый день восходит и заходит в разных точках горизонта. Изменение небольшое, поэтому без тщательных наблюдений может потребоваться несколько дней или недель, чтобы полностью осознать изменение. Математически положение подъема/захода можно найти по следующей формуле:

потому что ⁡ ( θ ) "=" − грех ⁡ ( д е с л я н а т я о н ) потому что ⁡ ( л а т я т ты д е )
где

  • θ это угол, измеренный строго на юг до точки на горизонте, где поднимается объект. (Угол одинаков для восхода и захода, если не учитывать изменение склонения Солнца в течение дня.)
  • склонение изменяется примерно от +23,5 до -23,5 градусов для Солнца в течение 6 месяцев (зима в южном полушарии к лету), а затем от -23,5 до +23,5 в течение следующих 6 месяцев. Причина изменения склонения заключается в том, что северный полюс Земли наклонен к Солнцу на 23,5 градуса во время июньского солнцестояния (что делает склонение Солнца +23,5), северный полюс наклонен на 23,5 градуса от Солнца во время декабрьского солнцестояния (склонение Солнца - 23.5) и меняется каждый день между солнцестояниями.
  • широта - это широта наблюдателя.

С 35° южной широты (широта = -35) зимнее Солнце взойдет на θ "=" 119 строго на юг (или 61° строго на север, примерно на ВСВ). Летнее солнце взойдет в θ "=" 61 строго на юг (или 119 ° строго на север, примерно на восток-юго-восток). Диапазон 119-61=58° по горизонту.

На широтах ближе к экватору (0° широты) разница меньше. Диапазон составляет примерно 47 ° вдоль горизонта на экваторе. На широтах ближе к полюсам диапазон становится больше. За полярным и полярным кругами диапазон самый большой, какой только может быть: 180° (по крайней мере, математически). На этих высоких широтах видимый диаметр Солнца и рефракция становятся важными для расчета точного места восхода.

Действительно. Насколько я могу судить, это просто преобразование экваториальных и альтазимутальных координат. Один из способов визуализировать это — запустить Stellarium и включить экваториальную сетку. Легко увидеть, где +23,5 и -23,5 пересекают горизонт. Играя с широтой наблюдателя, мы видим, как экваториальная сетка вращается относительно горизонта и как точки пересечения отдаляются друг от друга по мере приближения к полюсам.
Интересно, что эта формула прямо показывает, что в дни равноденствий солнце садится строго на запад везде на земле, кроме полюсов, где оно не заходит — формула не определена.
Я люблю математику. Но, основываясь на тексте вопроса (и, в частности, на том, как он звучит), я не уверен, что вы легко и ясно объяснили, что солнце восходит и садится в другой точке из-за комбинации наклон Земли и положение Земли на орбите Солнца. Вы как бы только что погрузились в детали, но детали могут не иметь смысла для того, кто еще не установил связь на высоком уровне. Похоже, что большинство ответов до сих пор страдают от этого.

Вы не глупы 1 , он определенно качается взад и вперед (на север и на юг) один полный цикл каждый год. Это напрямую связано с тем, почему дни длиннее летом и короче зимой.

Я не эксперт, но некоторые говорят, что Стоунхендж и другие древние «обсерватории» якобы созданы для того, чтобы делать то же самое, что и вы, за исключением гораздо более тщательного и количественного определения времени таких вещей, как посадка сельскохозяйственных культур.

Чтобы узнать больше об этом, см. Список археоастрономических объектов Википедии по странам.

Одним из примеров в Австралии является Wurdi Youang , и рисунок ниже прекрасно подчеркивает именно то, что вы описываете!

Вурди Юанг Источник

1 по крайней мере в этом отношении :-)

Интересно, как в те времена строились храмы и мечети? Индийские храмы обращены на восток, а мечети обращены на восток/запад (где бы ни была Мекка, относительно) — неужели люди прошлого все поняли неправильно?
@happybuddha, почему они ошибаются? У них было достаточно времени, чтобы посмотреть на звезды, чтобы сориентироваться. И если на постройку храма уходит несколько лет, нет ничего страшного в том, чтобы дождаться равноденствий, чтобы идеально выровнять ВЗ.
И ваш древний строитель храма не начал делать наблюдения, потому что они были нужны им для построения их идеи храма, направленного куда угодно; они построили храм таким образом, потому что они уже знали направления.
Еще несколько примеров. На закате зимнего утешения Солнце светит прямо на Мэйс-Хау . Примерно 30 мая и 12 июня Солнце будет светить прямо вдоль (улиц Манхэттена)[ en.wikipedia.org/wiki/Manhattanhenge]
@EricDuminil Равноденствия могут совпадать, но Идол не обязательно все время смотрит на восходящее солнце, что я считаю необходимым. Я задавал этот вопрос и в другом месте: engineering.stackexchange.com/q/38529/29293 .
@happybuddha у каждого сайта Stack Exchange своя «культура», это немного похоже на путешествие из одной страны в другую. В Engineering SE они захотят увидеть ясное объяснение инженерной проблемы, в идеале в инженерных терминах. Может быть, меньше фокусироваться на религиозных аспектах и ​​деталях, а добавить больше о точном механическом поведении, которое вам нужно. Я сейчас не могу понять, что вы там описываете.
@uhoh Спасибо, приятель. Я сделал его более точным и конкретным с инженерной точки зрения.
@happybuddha выглядит намного лучше, спасибо!
@happybuddha Различные археоастрономические памятники являются свидетельством того, что люди могли делать такие вещи в течение длительного времени. Ко времени древних египтян они очень хорошо умели выравнивать здания по Солнцу в определенный день. А это значит, что они знали, как рассчитать эти вещи. Конечно, у них не было ни калькуляторов, ни современной тригонометрии, но они умели измерять углы, знали о свойствах подобных треугольников и могли рисовать точные диаграммы в масштабе.

Этот ответ является дополнением к существующим ответам.

Я искал красивые графики, показывающие азимут восхода солнца в течение года для разных широт, но ничего подходящего не нашел. Поэтому я просто написал пару небольших скриптов на Python, используя Sage/Matplotlib для построения графиков.

Азимуты восхода солнца для разных широт

Азимуты восхода солнца для разных широт

Время восхода солнца на разных широтах

Видимое время восхода солнца для разных широт

Этот график относится к кажущемуся солнечному времени (т. е. солнечному времени). Вот один для среднего солнечного времени (время часов).

Восход Солнца Среднее время для различных широт

Поиграться со скриптом построения азимута на сервере SageMathCell можно здесь .

Сценарий фактически закодирован в URL-адресе. Это немного загадочно и лаконично, чтобы сэкономить место. Просто введите в поле список широт, разделенных запятыми, и он начертит соответствующие кривые.

Надеюсь, я не сделал никаких ошибок кодирования или алгебры. ;) Я использовал формулу азимута, приведенную в ответе Джона Хольца, и получил уравнение склонения из статьи Википедии о положении Солнца , модифицированное для использования немного более точных значений наклона эклиптики и орбитального эксцентриситета Земли. В сценарии

  • dpy — это дни в году
  • sinOE - синус наклона эклиптики
  • ecc2 в два раза больше эксцентриситета
  • mam - среднее орбитальное движение
  • n - номер дня, где 0 = полночь в Новый год.
  • lat это широта
  • sindecl вычисляет синус склонения
  • sraz вычисляет азимут восхода солнца

Вот более простая версия , которая просто строит одну кривую.

Вот сценарий, отображающий видимое время восхода солнца .

Этот скрипт для среднего времени восхода солнца . А вот один для уравнения времени , предыдущий скрипт использует формулу из этого для преобразования кажущегося времени в среднее время.

Эти кривые рассчитаны для наблюдателя на долготе 0° (почти), но они точны для любой долготы. (На любой заданной долготе есть небольшое смещение, которое почти постоянно в течение года, за исключением эффектов, связанных с изменениями скорости Солнца вдоль эклиптики, иначе называемых Уравнением Времени ) . Они не учитывают ни высоту наблюдателя над уровнем моря (и, следовательно, расстояние до горизонта), ни угловой размер солнца, ни атмосферную рефракцию: я просто хотел показать общую тенденцию. Но, как отмечает Джон Хольц, рефракция оказывает заметное влияние на время восхода и видимую высоту Солнца, особенно в более высоких широтах, где Солнце образует меньший угол к горизонту.

Если вы попросите эти скрипты построить кривые для широт в арктических или антарктических кругах, они сделают все возможное, но будут печатать сообщения об ошибках, предупреждающие, что они не могут построить некоторые точки. Я не хотел тратить место в сценариях, обрабатывающих дни, когда солнце не всходит. ;)

Это хорошо! У меня почти возникло искушение опубликовать свои интерактивные графики Desmos, имитирующие высоту солнца в течение дня, где вы можете варьировать широту и день года. Но они не совсем по теме вопроса. Думаю, мне придется подождать.
Спасибо, @Jonathan! Да, этот вопрос касается азимута, а не высоты, поэтому ваши графики будут немного не по теме (но, возможно, вы можете задать вопрос с самостоятельным ответом или найти старый актуальный вопрос, который может быть связан с некоторыми графиками). FWIW, у Sage есть некоторые возможности анимации. Я сделал версию с ползунком для широты, но, к сожалению, ползунок не слишком хорошо работает на устройствах с сенсорным экраном: вы можете щелкнуть ползунок в новое положение, но вы не можете взять его и сдвинуть. И щелчок не дает вам большой точности. Очень расстраивает!
Это хорошо знать (о Мудреце). В Desmos есть очень хорошие, гладкие и точные ползунки, но синтаксис для ввода формул — настоящая боль и довольно ограниченный.
Я не мог решить, какую продолжительность года я должен использовать для dpy(дней в году). Википедия непоследовательна: некоторые формулы используют 365,25, некоторые 365,24. Поэтому я изначально выбрал длину по григорианскому календарю, 365,2425. Однако я использовал аномальный год в сценариях уравнения времени и среднего времени восхода солнца. Другим разумным вариантом является средний тропический год. OTOH, я думаю, это вряд ли уместно в расчетах, которые полностью игнорируют годы. ;)

Солнце действительно дрейфует по небу в течение года, не только поднимаясь выше летом и ниже зимой, но и меняясь по оси восток-запад. Это можно показать, наблюдая за Солнцем в одно и то же время каждый день в течение года и видя, как оно меняет положение. Эта форма называется аналеммой и является результатом наклона земной оси и эксцентриситета орбиты вокруг Солнца.

Вот диаграмма, показывающая положение Солнца в полдень в течение года, наблюдаемое из Королевской обсерватории в Гринвиче. Большинство людей знают об изменении высоты между летом и зимой, но тот факт, что угол наклона солнца меняется из стороны в сторону, может быть менее известен.

введите описание изображения здесь

На этом рисунке показано положение солнца в фиксированное время дня в течение года. Но вопрос касается положения солнца на восходе, что явно не фиксируется в течение года. Чтобы ответить на первоначальный вопрос о том, «движется» ли восход солнца, вы можете представить, как рисуете аналемму для любого времени суток — давайте выберем время до восхода солнца для части года и после восхода солнца для другой части года (скажем, 6 утра). В этом случае вся кривая смещается вниз, а нижняя часть аналеммы опускается ниже горизонта, показывая, что действительно в некоторые части года солнце будет видно в 6 часов утра, а в другие части года солнца не будет видно в 6 утра. Кроме того, мы видим, как кривая опускается ниже горизонта в двух разных точках — это показывает, что есть две даты, когда восход солнца приходится (приблизительно) на 6 утра, и что солнце в эти дни будет подниматься по разным азимутам .

Это немного сложнее, если мы хотим нарисовать «аналеммы восхода солнца» с течением времени, поскольку у нас будет фигура в виде восьмерки, которая дрейфует вверх по мере того, как восход становится раньше, следуя за положением солнца, когда оно движется по небу. Это не так просто визуализировать, но эта серия аналемм будет опускаться за горизонт в разных точках, показывая, что восход действительно перемещается в течение года. Эта форма, прослеживаемая пересечением ряда аналемм с горизонтом, сама не является аналеммой. Пример двух дат с одинаковым временем восхода солнца гораздо легче представить с помощью одной аналеммы.

Красиво отвечает на вопросы, которые на самом деле были заданы ОП.
@RBarryYoung ОП спрашивает об азимуте Солнца на восходе, а не об азимуте в полдень. Однако информация в этом ответе важна . Солнце пересекает меридиан (линию север-юг) каждый день в местный солнечный полдень (он же «высокий полдень»), но это не равно среднему солнечному полудню из-за уравнения времени. И затем есть дополнительная корректировка, если вы не находитесь на меридиане вашего часового пояса (плюс возможная корректировка для перехода на летнее время). Подробности этого вопроса я обсуждаю в этом ответе Physics.SE .
@ PM2Ring Хороший вопрос, у меня были небольшие проблемы с попыткой визуализировать это с помощью аналемм, поскольку мы будем говорить о нескольких аналеммах, которые описывают разное время дня для разных восходов солнца. Но я думаю, что нашел хороший пример, показывающий, что две разные даты с одинаковым временем восхода солнца будут иметь эти восходы на разных азимутах.
Я не уверен, что аналемма играет какую-либо роль в этом вопросе. Речь идет об азимуте восхода и захода солнца, а не об их времени. Для данной широты играет роль только склонение солнца. Для приведенного выше вопроса в аналемме имеет значение только вертикальное движение, и вы можете игнорировать горизонтальное движение.
Один простой способ проверить: во время равноденствий восход и закат будут точно на 90° и 270°. На вашей диаграмме точки равноденствия далеко друг от друга. То же самое касается первой недели ноября и февраля: у них будут очень похожие азимуты восхода и захода солнца. Извините, аналемма — классная диаграмма, но здесь она не уместна и излишне усложняет объяснение.
Я рассчитал азимут восхода солнца для каждого дня в моем местоположении. Я также рассчитал положение солнца в полдень для каждого дня. Вот график зависимости азимута восхода солнца от высоты в полдень: i.stack.imgur.com/Jwlrc.png Аналеммы больше нет, и уравнение времени не оказывает никакого влияния на азимут восхода солнца. Я не уверен, как вы могли бы исправить свой ответ, поскольку он, похоже, основан на ложной предпосылке. Извините, что дождь на вашем параде!
@EricDuminil Я согласен, что аналемма не показывает траекторию движения солнца на восходе солнца каждый день, но я действительно думаю, что это актуально — она ясно показывает, что в определенное время суток солнце будет находиться в разных положениях в течение года. Если мы установим это время для восхода солнца в любой день, не являющийся солнцестоянием, того факта, что аналемма пересекает горизонт в двух точках, будет достаточно, чтобы показать, что положение восхода солнца непостоянно. В два дня с одинаковым временем восхода азимут будет другим, что можно наблюдать только с аналеммой.
ОП интересовало только положение солнца во время восхода и заката. По определению это происходит только тогда, когда высота солнца равна 0, а время вообще не имеет отношения к азимуту. Азимут на восходе солнца зависит только от склонения, которое не зависит от азимута солнца в полдень. На вопрос можно отлично ответить без аналеммы или времени восхода солнца (см. ответы других, например, от PM2Ring или JohnHoltz), и добавление этих понятий вообще не помогает и только запутывает ситуацию. Извините за резкий отзыв.
Согласитесь, что знание того, что солнце следует за аналеммой, является достаточным знанием (хотя и не обязательным ), чтобы сделать вывод, что восход солнца движется.
FWIW, аналемма - относительно недавнее новшество. До разработки точных механических часов, что привело к использованию среднего солнечного времени, местное кажущееся солнечное время было обычным способом измерения времени в большинстве частей мира. Были разные системы часов, но все сходились во мнении, что полдень наступает тогда, когда Солнце пересекает меридиан, т. е. когда его азимут составляет 180°. Древние хронометристы знали, что скорость движения Солнца по эклиптике меняется в течение года, но у них не было современного представления о том, что все часы должны иметь одинаковую продолжительность.
(продолжение) Это в основном артефакт механических часов. Ранним часовщикам было достаточно сложно создать устройство, которое поддерживало бы стабильное время. Немногие пытались сделать часы, которые могли бы отслеживать время по солнечным часам. Таким образом, старые системы переменных часов вымерли и были заменены жесткими системами, основанными на среднем солнечном времени.
@NuclearHoagie: Извините, что настаиваю. Аналемма совершенно не нужна и не имеет отношения к вопросу. Чтобы объяснить сдвиг азимута восхода солнца, все, что вам нужно знать, это то, что ось Земли наклонена на 23,5° по сравнению с плоскостью ее орбиты. Вот и все. Это объясняет времена года и объясняет изменение азимута восхода солнца. Вам не нужны никакие эксцентриситеты, вам не нужны никакие уравнения времени, вам не нужны никакие аналеммы. Как вы сказали, «тот факт, что угол наклона солнца меняется из стороны в сторону, может быть менее известен», но это также не имеет отношения к вопросу ОП.
@ Эрик Я понимаю, о чем вы говорите (и согласен, что аналемма здесь не имеет значения, потому что нам нужно направление азимута Солнца во время восхода солнца, а не какое-то конкретное время часов). Нам действительно нужен эксцентриситет, чтобы получить склонение Солнца (или эклиптическую долготу) для дня, потому что эксцентриситет вызывает изменение эклиптической скорости Солнца. (И затем наклон вызывает изменение экваториальной скорости Солнца, и уравнение времени показывает оба эффекта). Но когда у нас есть склонение, азимут восхода становится простой функцией склонения и широты наблюдателя.
@PM2Ring: Спасибо за комментарий. Насколько я могу судить, нам не нужен эксцентриситет, чтобы объяснить, почему азимут восхода солнца меняется. Принимая во внимание только наклон эклиптики, можно построить кривую, очень похожую на вашу. Можно добавить больше деталей, чтобы получить более точную модель, но ваша диаграмма не сильно изменится, если вы установите ecc2 в 0. Однако, если вы установите sinOE в 0, она становится немного скучной. :)
@Eric Эрик Это правда: изменение эксцентриситета не повлияет на размер максимального или минимального азимута, оно просто немного сдвинет время. FWIW, я изначально сделал опечатку в своем сценарии и использовал 0,167 для эксцентриситета вместо 0,0167. Но вы не сможете увидеть разницу, если не посмотрите очень внимательно. ;)

Я надеюсь, что кто-нибудь сможет прийти и сделать это более точным, но я почти уверен, что эффект тем больше, чем дальше вы удаляетесь от экватора. Так что в Канберре (35° ю.ш.) это было бы более заметно, чем в Дарвине (12° ю.ш.). Знаете ли вы широты предыдущих мест, где вы жили?

Чтобы увеличить многие из уже хороших ответов: отличный способ просмотра и записи этого эффекта называется Solarigraph . (Часто также называется солярографией, солярографией или соляриграфией).

Это камера-обскура, обычно просто банка из-под газировки с проткнутым отверстием и лист фотобумаги, оставленный на долгое время. Обычно не менее 1 дня, а чаще всего от одного солнцестояния до следующего солнцестояния. Солнце достаточно яркое, чтобы формировать изображение прямо на бумаге, поэтому нет необходимости в процессе проявления.

Если не учитывать период от солнцестояния до солнцестояния, на фотобумаге формируются линии для каждого дня. Линии, как правило, сближаются вблизи точек солнцестояния и наиболее удалены друг от друга вблизи точек равноденствия. Разрывы линий вызваны облаками. Большинство длинных выдержек будут показывать некоторую форму повреждения водой, поскольку воздействие влаги является частью процесса формирования изображения. Если не учитывать солнцестояние, линии часто перекрываются.

Ниже приведены несколько примеров, но поиск изображений покажет гораздо больше.

Solargraph от Sashegy - Будапешт, 2014.01.01 - 2014.12.31 (1).jpg Ссылка на исходное изображение введите описание изображения здесь

7-дневный соляриграф в период зимнего солнцестояния.введите описание изображения здесь

Трехдневный соляриграф в районе равноденствия. Линии, которые выглядят как инверсионные следы, являются отражениями из-за использования глянцевой фотобумаги.введите описание изображения здесь

Меняется ли угол восхода/захода солнца каждые несколько месяцев?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v