Расчет часов солнечного света

TL;DR — Как я могу рассчитать количество часов солнечного света, которое получает точка на планете, если я знаю ее местоположение, время года и высоту над уровнем моря? Как наличие объектов на пути повлияет на эти значения?

В настоящее время я пишу научно-фантастический рассказ, в котором люди живут в очень высоких городах, разделенных на 4 вертикальные области. Будучи компьютерщиком, я хочу сделать свой рассказ максимально точным с научной точки зрения, используя современные знания физики. Город должен быть антиутопической версией Хьюстона, но с большим количеством зданий, похожих на небоскребы. Если бы средняя высота этих зданий составляла 50 этажей и они были расположены близко друг к другу, как бы это повлияло на то, какие части зданий будут получать солнечный свет и как долго. Я знаю, что это много обобщенных данных, но мне и не нужны точные временные оценки.

Идея, к которой я стремлюсь, состоит в том, что есть две расы — одна человеческая, другая инопланетная. Инопланетяне захватили Землю, чтобы добывать ее ресурсы, но решили сохранить человечество, поэтому они вытеснили их в несколько десятков мегаполисов. Каждый мегаполис состоит из нижнего, среднего и верхнего кольца, а более высокие кольца относятся к более состоятельным людям, получающим больше солнечного света в течение дня. Тогда инопланетяне будут жить на плавучих островах над кольцами человечества и, находясь на большей высоте, чем уровень земли, будут получать гораздо больше солнечного света, чем обычно (16-17 часов в день). Это вообще осуществимо?

Это зависит от того, какие препятствия есть на пути — например, горы или стены долины.
С какой трудностью вы столкнулись и, что более важно, что вы уже пытались и не смогли (так что теперь вы просите WB о помощи)? Большая часть проблемы связана с базовой геометрией с небольшим количеством тригонометрии, вам не хватает этого типа знаний из вашего багажа гиков?
@KEY_ABRADE Я говорю о парящих небесных островах
@AdrianColomitchi Кажется, я не могу найти никаких данных о том, как рассчитать количество часов солнечного света на основе высоты и положения на земле, и приблизительные числа, которые я могу найти для расстояния до Солнца, не дают точных цифр, когда я их перемалываю. (5,36 часов солнечного света...), и я понятия не имею, как окружающий свет повлияет на вещи во время восхода/заката или рассеивание света от верхних колец к нижнему. Это не такая важная тема, и я подумал, что быстрый вопрос ВБ ничему не повредит.
Также примите во внимание осевой наклон планеты. Если он равен нулю, то день и ночь принимают одинаковое время на любой широте.
@ TheSquare-CubeLaw «день и ночь занимают одно и то же время на любой широте» - хорошее приближение для «точек, застрявших на поверхности или около того». Когда вы примете во внимание пролет на нетривиальных высотах, все изменится.
@TannerHyde - так, чтобы было ясно, вы определяете день / ночь, основываясь только на относительном положении солнца, и игнорируете тени, отбрасываемые близлежащими объектами? То есть, даже если Солнце не видно глубоко внутри «каньона» глубиной 50 км между двумя небоскребами на расстоянии всего 200 м между ними, ваш вопрос предполагает, что сейчас все еще «день»? (мой вопрос не предполагает, что вы должны или не должны, он просто спрашивает, делаете ли вы это или нет).

Ответы (3)

Типа забавный вопрос. Проблема в том, что многое будет зависеть от деталей. Вы можете плохо спроектировать свой мегаполис и сделать его еще хуже, затенив его или спроектировав его каким-то хитрым способом и заставив солнечный свет отражаться глубже.

Восход и заход солнца будут немного зависеть от высоты, но не сильно. Несколько сотен футов дадут вам 3-5 минут, несколько тысяч футов 10-15 минут.

Направление, в котором вы смотрите, имеет значение, поскольку мы находимся над экватором. Южная сторона города получит больше солнечного света. Так внешняя часть города будет получать больше света.

В центре города расстояние между высокими зданиями сильно изменило бы ответ. Чем больше расстояние, тем шире диапазон углов, под которыми свет может достигать земли.

Существуют солнечные калькуляторы для солнечной энергии, где вы можете указать широту и долготу и получить различные параметры, которые могут помочь вам понять некоторые из них. Некоторые учитывают преломление атмосферы и т. д. Программа CAD, в которой вы можете перемещать источник света, может позволить вам визуально увидеть, как могут выглядеть эффекты.

Уравнение восхода солнца en.wikipedia.org/wiki/Sunrise_equation можно использовать для расчета количества часов солнечного сияния для положения, а также можно применить поправку на высоту.
На крейсерской высоте коммерческого авиалайнера (около 30 000 футов) восход солнца происходит примерно на 8 минут раньше, чем кто-либо на земле. «Несколько тысяч футов» не дадут вам 15 минут. Разница в несколько сотен футов даст вам секунды, а не минуты.
Да, я не удосужился вставить числа, чтобы проверить, и исходил из того, что я видел о горе Эверест, где день длиннее примерно на 15 минут, это около 30 000 футов, что соответствует 8 минутам для восхода солнца и еще больше для заката.

Дополнительная информация, которая может помочь:

Сумерки - Солнце не видно из-за горизонта, но свет от него все же достигает поверхности планеты за счет различных процессов взаимодействия атмосферы и солнечного света.

Практическое определение времени сумерек варьируется в зависимости от конкретной цели этого определения (и, с инопланетянами в уравнении, будет варьироваться от вида к виду). Для человеческого вида:

  • астрономические сумерки - Солнце находится на 18 градусов за горизонтом - надлежащие условия (если атмосфера чистая и неподвижная) для наблюдения самых тусклых звезд или туманностей - гарантировано, что солнечный свет не будет мешать.

  • морские сумерки - Солнце находится на 12 градусов за горизонтом. Невооруженный человеческий глаз не может различить солнечный свет на горизонте (то есть становится невозможным увидеть силуэт корабля на фоне горизонта)

  • гражданские сумерки - Солнце находится на 6 градусов за горизонтом. Включите габаритные огни, ребята, вы не сможете разглядеть детали (другой машины) на самом среднем фоне - без них слишком рискованно водить или пилотировать.

В вашей установке, вероятно, "гражданские сумерки" - это то, что вы ищете.

Поскольку теперь у нас есть правильное определение проблемы (больше не «длительность дня/ночи»), мы можем использовать поисковые системы для поиска «сумеречный онлайн-калькулятор» . Одной из таких записей является эта , которая позволяет вводить географическое положение и дату и (выбирая Without Moon data/ Sunrise/Sunset + Twilight (Civil, Nautical & Astronomical)в режиме) выводит таблицу за весь месяц.
Для Хьюстона, штат Техас, в этот прекрасный день 13 ноября 2021 г. на странице выше указано, что гражданские сумерки начинаются в 06:19 и заканчиваются в 17:53 (время суток, выраженное в полуденном местном часе, переход на летнее время не учитывается).

В связи с влиянием высоты на продолжительность дневного света, если только ваши здания не расположены достаточно близко к полюсам , обычная высота зданий приводит к изменению, которое незначительно с точки зрения человека (если только вы не хотите, чтобы продолжительность события составляла пару минут). вся разница).

На экваторе высота небоскреба 50 км при радиусе Земли 6379 км приведет к максимальной вариации угла, под которым Солнце больше не видно, пропорционально а т а н ( 50 / 6379 ) "=" 0,0078 р а г "=" 0,44908768 о . Поскольку Земле требуется 24 часа для полного 2 π радиан, разница во времени между тем, когда ночь опускается у основания, и тем, когда она опускается наверху, составляет

а т а н ( 50 / 6379 ) 2 π ⋅ 24 час ⋅ 3600 с час "=" 107,78 с

Таким образом, день на высоте 50 км на экваторе Земли длиннее примерно (плюс-минус) на 3 минуты.

Это Земля?

Для определения продолжительности светового дня в любую дату в определенном месте вы можете использовать этот калькулятор среди многих других онлайн-калькуляторов.

Для плотно расположенных зданий количество часов потенциального прямого солнечного света 1 является чисто геометрической проблемой: какой процент неба может видеть человек в данном месте на пути движения солнца. Умножьте этот процент на количество часов дневного света в этом месте. Сделанный.

Расчет часов солнечного света на основе высоты над уровнем моря довольно прост и может быть приблизительно аппроксимирован. Игнорируя преломление, которое делает часы солнечного света немного длиннее, поскольку свет изгибается над горизонтом, и очень небольшую некруглость Земли, которая почти не учитывается, вы можете использовать базовую тригонометрию, чтобы выяснить, насколько дальше «вокруг» планеты. вы можете видеть на основе высоты по сравнению с кем-то на земле. Солнце движется по небу примерно со скоростью 0,25 градуса в минуту, поэтому, когда вы вычисляете, на сколько градусов вокруг планеты больше ваш горизонт по сравнению с горизонтом на земле, вы знаете, что вам нужно добавить 4 минуты (с каждой стороны, так что до восхода солнца) и до заката) для каждого градуса.

Согласно этому веб-сайту , основное эмпирическое правило заключается в том, что на каждые 1,5 километра высоты (на Земле) вы получаете по 1 минуте с каждой стороны, поэтому день становится на 2 минуты длиннее.

Предположим, что кто-то находится на экваторе. От восхода до заката 12 часов. Чтобы добраться до 16 часов, нужно (240 минут/2 минуты) * 1,5 км. Другими словами, ваша высота должна быть примерно 180 километров.

Так что да, никаких построек.

Глядя на это с другой стороны, 50-этажное здание в среднем имеет высоту около 160 метров. Таким образом, кто-то в пентхаусе будет наслаждаться впечатляющим восходом солнца примерно на 6,4 секунды раньше, чем один из плебеев на уровне улицы.

  1. Обратите внимание, что на уровне улицы по-прежнему много света, даже в таких местах, как Манхэттен, или в местах с большим покровом над головой, таких как леса, даже если солнце или даже небо не видны напрямую в данном месте.
Расчет часов солнечного света
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v