Изменение суточного пути Солнца над горизонтом на разных широтах

Как меняется в наших широтах суточный путь Солнца относительно горизонта от весны к лету и затем к зиме смотри: Видимое движение солнца по эклиптике

Что касается изменений суточного пути Солнца на разных широтах в течение года, то их можно выяснить, изучая рисунок 43. В точке Q Солнце кульминирует в полдень в дни равноденствия, так как в эти дни оно находится на небесном экваторе. В день летнего солнцестояния оно кульминирует на 23°27' выше, а в день зимнего солнцестояния на 23°27' ниже (дополните чертеж суточными параллелями Солнца в дни солнцестояния). Суточные пути Солнца над горизонтом в средних широтах показаны на рисунке 45, слева.

Определим теперь, при каком значении угла ф, то есть на какой широте, Солнце может иметь верхнюю кульминацию в зените. Из рисунка 43 ясно, что это возможно на широтах от +23°, 5 до -23°,5 в те дни, когда склонение Солнца равно широте места (угловому расстоянию точки Q небесного экватора от зенита). После подробного рассмотрения вопроса мы убедимся в следующем.

На земном экваторе Солнце, как и все другие небесные светила, всегда восходит и заходит относительно горизонта не наклонно, а отвесно (Рисунок 45). Поэтому там круглый год день равен ночи (горизонт делит суточный путь Солнца пополам), а сумерки бывают очень короткими. Солнце быстро опускается за горизонт. В полдень Солнце бывает в зените два раза в году - в дни равноденствий, когда его склонение равно 0°.

Рисунок 45 - Движение Солнца над горизонтом в разные времена года для наблюдателя, находящегося в средних широтах (слева) и на экваторе Земли (справа).

На Земле есть места, где Солнце только один раз в году бывает в полдень в зените. Это происходит 22 июня на географической широте +23°27'. Эта географическая параллель называется тропиком Рака. В полдень 22 декабря Солнце бывает в зените в местах, расположенных на южной параллели -23°27', называемой тропиком Козерога.

Свои названия эти географические параллели получили в древности в связи с тем, что Солнце кульминировало в зените на тропиках в пору прохождения им созвездий Рака и Козерога, где находились в то время точки летнего и зимнего солнцестояний. За несколько тысяч лет, прошедших с той поры, эти точки переместились в соседние созвездия Близнецов и Стрельца. По-гречески тропик - поворот. Это название связано с поворотом движения Солнца по отношению к небесному экватору.

На полюсах Земли Солнце, пока оно находится над горизонтом, совпадающим здесь с небесным экватором, ежедневно описывает круги, почти параллельные горизонту. Как мы уже знаем, это продолжается на Северном полюсе Земли полгода, с 21 марта по 23 сентября. Так как с 21 марта по 22 июня Солнце непрерывно поднимается над небесным экватором, переходя из южного полушария неба в северное, мы приходим к следующему заключению.

На Северном полюсе Земли Солнце восходит один раз в году - около 21 марта - и, не заходя в течение полугода, описывает ежедневно полный круг над горизонтом, в то же время поднимаясь на все большую высоту до 22 июня; иначе говоря, Солнце описывает на небе витки очень пологой спирали. С 22 июня по 23 сентября Солнце по такой же спирали постепенно опускается к горизонту и после 23 сентября полгода не показывается над горизонтом. Полгода на полюсе - ночь и полгода - день.

По мере удаления от Северного полюса на юг в году появляется все больше дней, когда Солнце восходит и заходит, но летом все же бывает период, когда много дней подряд оно не заходит, и зимой - ряд дней, когда оно не восходит совсем. Такие явления, в частности нижнюю кульминацию Солнца в полночь, можно наблюдать в СССР в Мурманске и в других пунктах, находящихся севернее северного полярного круга.

Нетрудно убедиться, что на Земле есть такие места, где Солнце только раз в году, именно 22 июня, не заходит, а лишь касается горизонта (в точке севера) в момент своей нижней кульминации (в полночь). 22 декабря, и только в этот день, в этих местах Солнце не восходит, а в полдень лишь касается точки юга, оставаясь под горизонтом. Эти места расположены на Земле на географической параллели 66°33', называемой северным полярным кругом.

На Южном полюсе Земли наблюдаются те же явления, что и на Северном полюсе: только там полярный день длится с 23 сентября по 21 марта, а ночь - с 21 марта по 23 сентября. На южном полярном круге (66°33' южной широты) день без восхода Солнца бывает 22 июня, а день без захода Солнца - 22 декабря.

В местностях, расположенных немного южнее северного полярного круга, например в Ленинграде, около 22 июня Солнце ночью опускается под горизонт, но ненадолго и неглубоко. Поэтому его лучи из-под горизонта сильно освещают воздух («белые ночи»).

Из всего сказанного ясно (и это следует твердо запомнить), что время восхода и захода Солнца зависит не только от дня года,' но и от географической широты, на которой находится наблюдатель. Поэтому время восхода и захода Солнца, указываемое в обычных календарях, может быть верным только для одной какой-либо широты, а не для всей территории СССР.