Годичное движение Солнца по небу

Николай Коперник (1473–1543), великий польский астроном.
Объяснил видимые движения небесных светил вращением Земли вокруг оси и обращением планет вокруг Солнца.

Эклиптика – большой круг небесной сферы,
по которому происходит видимое годичное движение Солнца по небу.
Солнце перемещается среди звезд
с запада к востоку на 1˚ в сутки
Период оборота Солнца по эклиптике называется звездным годом
365 суток 6 часов 9 минут 10 секунд
365, 2564 солнечных суток

Зодиакальные созвездия
Видимый годовой путь Солнца проходит через тринадцать созвездий, начиная от точки весеннего равноденствия:
Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Змееносец, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы.
Двенадцать из них называются зодиакальными.

Зодиакальные созвездия
Видимый годовой путь Солнца проходит через тринадцать созвездий, начиная от точки весеннего равноденствия:
Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Змееносец, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы.
Двенадцать из них называются зодиакальными.

Небесный экватор и эклиптика наклонены под углом 23˚27̕.
В каких точках пересекается эклиптика и небесный экватор?
Тропический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия.
Тропический год меньше звездного, он составляет 365,2422 солнечных суток

Используя подвижную карту звездного неба, определите экваториальные координаты Солнца

Определите экваториальные координаты Солнца

Экваториальные координаты Солнца
в течение года меняются:
Склонение Солнца δ:
от - 23˚27' до +23˚27'
Прямое восхождение Солнца α:
от 0ч до 24ч

Кульминация Солнца
Солнце, каждый день поднимается из-за горизонта
в восточной стороне неба и заходит на западе.
Верхняя кульминация Солнца происходит в полдень по местному времени, нижняя кульминация - в полночь.

Суточное движение Солнца
над горизонтом
В течение года Солнце перемещается относительно небесного экватора то к северу, то к югу.
Дневная и ночная части его пути неодинаковы.
Они равны только в дни равноденствий, когда Солнце находится на небесном экваторе.

Высота Солнца над горизонтом меняется ежедневно из-за наклона земной оси к плоскости орбиты
h = 90º - φ + δ

В разное время года высота Солнца над горизонтом разная

Солнечные лучи под разными углами падают на земную поверхность летом и зимой

Северный полюс Земли
φ = 90º
21 марта – восход Солнца.
Солнце движется по спирали почти параллельно линии горизонта, понимаясь все выше и выше.
22 июня – максимальная высота Солнца над горизонтом 23º 27'
Далее Солнце снижается, двигаясь по спирали почти параллельно линии горизонта.
23 сентября – заход Солнца
21 марта – 23 сентября – полярный день
23 сентября – 21 марта – полярная ночь

Северный полярный круг φ = 66º33'
Один раз в год, ровно 24 часа:
22 июня – полярный день,
22 декабря – полярная ночь.
21 марта и 23 сентября день и ночь равны, продолжаются 12 часов.
Все остальные дни года день не равен ночи

Средние широты
φ = 66º33' - 23º27'
Только два раза в год день равен ночи
12 часов:
21 марта – день весеннего равноденствия
23 сентября – день осеннего равноденствия
В эти дни Солнце восходит в точке востока и заходит в точке запада
22 июня – самый длинный день, максимальная высота Солнца над горизонтом
22 декабря – самый короткий день, минимальная высота Солнца над горизонтом

Рассчитайте высоту Солнца над горизонтом в г. Миассе φ = 55º

Рассчитайте высоту Солнца над горизонтом в г. Миассе φ = 55º

Северный тропик
φ = 23º27'
Один раз в год 22 июня Солнце находится
в зените, в день летнего солнцестояния.
Все остальные дни года Солнце
кульминирует к югу.
Всегда день равен ночи, 12 часов.

Экватор Земли
φ = 0º
Всегда день равен ночи 12 часов.
Два раза в год Солнце бывает в зените:
21 марта и 23 сентября, в дни весеннего и
осеннего равноденствия.

Определите как происходит суточное движение Солнца:
На южном полюсе Земли
На южном полярном круге
На южном тропике

Сумерки
Гражданские сумерки – Солнце ушло за горизонт на 6º - человек видит так же, как днем, и необходимости в искусственном освещении нет.
Навигационные сумерки – от 6º до 12º - читать уже нельзя, видимость окрестных предметов сильно ухудшается. Но штурман корабля еще может ориентироваться по силуэтам неосвещенных берегов.
Астрономические сумерки – от 12º до 18º - становится совсем темно, однако тусклый свет зари еще мешает видеть слабые звезды.

Сумерки

Рефракция -преломление световых лучей в земной атмосфере
Видимая высота светила всегда больше истинной
Закат Солнца. На самом деле Солнце зашло уже несколько минут назад

Из-за неоднородностей атмосферы лучи света, преломляясь, отклоняются от своего прямого пути. Особенно это заметно, когда светила находятся у горизонта: атмосфера «приподнимает» их на 35 угловых минут.

В каком месте Земли бывает полярный день и никогда не бывает полярной ночи?
Из-за рефракции световых лучей в атмосфере Земли вблизи полярного круга диск Солнца виден даже, когда Солнце зашло за горизонт на угол 51′.
Поэтому в полосе шириной 1º 42′ около полярного круга бывает только полярный день, а полярной ночи не наблюдается.

Белые ночи
Твоих задумчивых ночей
Прозрачный сумрак,
Блеск безлунный,
Когда я в комнате моей
Пишу, читаю без лампады,
И ясны спящие громады
Пустынных улиц,
И светла адмиралтейская игла,
И, не пуская тьму ночную,
На золотые небеса,
Одна заря сменить другую
Спешит, дав ночи полчаса.
А.С Пушкин. «Медный всадник»

Белые ночи- это светлые ночи в начале лета, когда вечерняя заря сходится с утренней и всю ночь длятся гражданские сумерки.
Наблюдаются в обоих полушариях на широтах превышающих 60º, когда центр Солнца в полночь опускается под горизонт не более, чем на 7º

Тропический год определяет смену времен года на Земле
В северном полушарии Земли наступает лето, когда северный полюс Земли освещается Солнцем, а южный полюс планеты располагается в ее тени.
При этом в южном полушарии наступает зима.
Когда в северном полушарии весна, то в южном – осень.
Когда в северном полушарии осень, в южном – весна.
Времена года в южном и северном полушариях всегда противоположны.

Смена времен года

Климат - наклон
Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты Земли на угол, равный примерно 66°33'.
Причина смены времен года:
– движение Земли вокруг Солнца,
– наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты.

Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите

Годовое движение Солнца

Что длиннее: лето или зима?
Скорость движения Земли по орбите не постоянна, а изменяется от 29,5 км/с в афелии (июль) до 30,3 км/с в перигелии (январь).
Расстояние от осеннего до весеннего равноденствия на орбите Земля проходит быстрее, чем противоположную, летнюю часть, а весна и лето в Северном полушарии на 6 суток продолжительнее осени и зимы.

Что длиннее: лето или зима?

В каком полушарии Земли теплее: в северном или южном?
Поток энергии от Солнца, падающий на Землю, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния.
Поэтому зимы в северном полушарии менее суровые, чем в южном, а лето в северном полушарии более прохладное.
Но лето в Северном полушарии продолжительнее зимы.
Поэтому в Северном полушарии Земли теплее, чем в Южном.

Суточный путь Солнца
Это малый круг небесной сферы, параллельный небесному экватору.
В течение года Солнце перемещается относительно небесного экватора то к северу, то к югу.
Дневная и ночная части его пути неодинаковы.
Они равны только в дни равноденствий, когда Солнце находится на небесном экваторе.