Николай Кондратьев - Ориентировка по звездам

Промежутки времени между рассветом и восходом Солнца, между заходом Солнца и наступлением темноты называются сумерками (при восходе и заходе с учетом рефракции и углового радиуса Солнца высота Солнца равна —51’). Продолжительность сумерек зависит от времени года и широты места.

Если высота Солнца в полночь не будет ниже —7°, то темнота совсем не наступает; сумерки будут продолжаться всю ночь. Такие ночи называют «белыми». Во время «белых ночей» утренние сумерки наступают раньше, чем кончаются вечерние сумерки предыдущих суток, как говорят, «заря с зарей встречается».

Высота Солнца в полночь, т. е. в момент его нижней кульминации, определяется по формуле

h = φ + δ — 90°.

Подставив в эту формулу наибольшее значение склонения Солнца δ = +23°,5 и минимальную высоту Солнца для сумерек h = —7°, легко определить, что «белые ночи» могут быть на широте φ = 59°,5 и больше. На территории СССР «белые ночи» наблюдаются примерно начиная от широты Ленинграда (φ = 60°) и до Северного полюса. Это чудесное явление природы полно поэзии, неповторимой прелести.

Строго говоря, астрономическими сумерками считаются периоды, когда Солнце находится за горизонтом до 17°,5. Следовательно, южная граница «белых ночей» проходит на широте Полтавы (φ = 49°). Но на этих широтах «белые ночи» очень слабо выражены и их, как правило, не замечают.

Перемещаясь вместе с Землей, наблюдатель проектирует Солнце на небесную сферу в плоскости орбиты Земли. В результате Солнце как бы перемещается среди звезд по кругу, по которому плоскость земной орбиты пересекается с небесной сферой. Этот большой круг, по которому происходит видимое годовое, движение Солнца среди звезд, называется эклиптикой. По эклиптике Солнце перемещается в направлении, обратном направлению вращения небесной сферы. При движении по эклиптике за полный оборот Солнце проходит последовательно двенадцать созвездий, образующих пояс Зодиака: Козерог (в январе), Водолей (в феврале), Рыбы (в марте), Овен (в апреле), Телец (в мае), Близнецы (в июне), Рак (в июле), Лев (в августе), Дева (в сентябре), Весы (в октябре), Скорпион (в ноябре) и Стрелец (в декабре).

Рис. 25. Положение эклиптики относительно небесного экватора

Вследствие наклона оси вращения Земли к плоскости ее орбиты плоскость земного экватора составляет с плоскостью годового движения Земли угол 23°27'; поэтому и плоскость небесного экватора с плоскостью эклиптики образует угол 23° 27’ (рис. 25).

Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называются точками весеннего ϒ и осеннего ♎ равноденствия. В них Солнце бывает 21 марта и 23 сентября. Когда центр Солнца находится в этих точках, его склонение равно нулю и Солнце движется вдоль небесного экватора. В это время на Земле день равен ночи, граница света и тени проходит через географические полюсы.

22 июня Солнце находится в точке летнего солнцестояния [1] Точками солнцестояния (летнего и зимнего) их называют потому, что в этих точках склонение Солнца изменяется очень медленно (не более чем на 1' за сутки), а в дни равноденствий его склонение изменяется за сутки быстро — на 23—25'. , отстоящей от точки весеннего равноденствия на 90°. В этот день оно проходит в наивысшей точке над экватором и его склонение равно 23° 27'. В Северном полушарии в эти сутки бывает самый длинный день и самая короткая ночь. 22 декабря Солнце находится в точке зимнего солнцестояния; оно проходит в южной части небесной сферы и его склонение равно —23° 27'. В эти сутки в Северном полушарии бывает самая длинная ночь и самый короткий день.

Итак, Солнце, пройдя 21 марта точку весеннего равноденствия и двигаясь в направлении, обратном направлению вращения небесной сферы, поднимается в северную полусферу и 22 июня достигает наибольшего склонения в точке летнего солнцестояния. После этого оно постепенно снижается, 23 сентября проходит точку осеннего равноденствия и 22 декабря точку зимнего солнцестояния, в которой его склонение бывает наименьшим. Затем Солнце снова поднимается к точке весеннего равноденствия и т. д.

Таким образом, в течение года склонение и прямое восхождение Солнца непрерывно изменяются и при прохождении основных точек эклиптики принимают значения, указанные в табл. 2.

Таблица 2

Изменение прямого восхождения Солнца можно обнаружить, если регулярно наблюдать звездное небо в одно и то же время суток, например перед восходом Солнца. Созвездие, которое в какой-то день перед восходом Солнца находится на востоке, через несколько дней также перед восходом Солнца будет видно на юго-востоке, затем на юге, юго-западе и западе. Это свидетельствует о том, что Солнце перемещается относительно звезд, непрерывно изменяя свое прямое восхождение. Еще проще обнаружить изменение склонения Солнца, измеряя через несколько дней высоту Солнца в полдень и рассчитывая склонение по формуле

δ = h — (90° — φ).

Таким образом, можно убедиться, что склонение Солнца в течение года изменяется в пределах от +23°27’ до —23°27’ и от —23°27' до +23°27’.

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называется тропическим годом. Он равен 365,242 средних суток. Промежуток времени; за который Земля делает один полный оборот вокруг Солнца, называется звездным годом. Этот промежуток равен 365,256 средних суток. Разница на 0,014 суток между звездным и тропическим годом образуется за счет прецессии точки весеннего равноденствия, т. е. изменения ее положения в пространстве по причине некоторого, очень медленного изменения направления земной оси.

На земном экваторе Солнце движется от восхода до захода почти перпендикулярно к плоскости истинного горизонта, отклоняясь от зенита, который оно проходит в дни равноденствий, на расстояние 23°27’ в дни солнцестояний. Поэтому на экваторе круглый год день почти равен ночи.

Для широт, которые больше широты Северного или Южного полярного круга, Солнце часть года бывает незаходящим и часть года невосходящим светилом.

На Северном полюсе восход Солнца происходит медленно, в течение нескольких суток; только с 21 марта центр Солнца поднимается над горизонтом и медленно движется не параллельно горизонту, а все время по спирали вверх.

22 июня Солнце достигает наибольшей высоты h = 23°27’. После этого оно так же медленно опускается, 23 сентября скрывается за горизонтом и больше не показывается до 21 марта следующего года. Таким образом, на полюсе бывает каждый год только один восход и один заход Солнца. День продолжается 189 суток, а ночь—176 суток.