Equinox-2017

Equinox-2017

@tirsky (Игорь Тирский)

ОСЕННЕЕ РАВНОДЕНСТВИЕ


"Уж небо осенью дышало,

Уж реже солнышко блистало,

Короче становился день,

Лесов таинственная сень..."

А. С. Пушкин. Осень.

 

22 сентября 2017 года в 23 часа 03 минуты по московскому времени центр Солнца в очередной раз пересек небесный экватор (продолжение экватора Земли в его проекции на небесную сферу) и Солнце перешло из северного полушария небесной сферы в южное. В северном полушарии Земли наступает астрономическая осень...

22 сентября 2017 – День Осеннего Равноденствия (когда день равен ночи). В следующий раз этот день придётся на 23-е число, в 2019-м – снова на 23-е, в 20-м – на 22-е и т.д. Каждый год разная дата, отличающаяся на день из-за несовпадения астрономического и календарного периода.

Как видно из таблицы, на 2017-й год - такие даты, на 2018-й - уже другие.

Почему именно эта дата стала важной и почему именно по ней отсчитывают начало астрономической осени на Земле? И почему осень вдруг начинается не 1-го, а 22-го (для 2017-го года) сентября?

Немного теории:

Земля - шар (упрощённо), она движется по орбите вокруг Солнца (тоже упрощённо), ось Земли - наклонена на 23,5 градуса относительно вертикали, как у волчка, который сначала вращался строго вертикально, потом начал наклоняться, наклонившись на 23,5 градуса он продолжил вращение. Когда Земля движется по орбите, наклон её оси не меняется! В общем-то, он не меняется никогда (если не учитывать прецессию), это как если вы раскрутили велосипедное колесо, а теперь пытаетесь резко поменять плоскость его вращения, - это у вас получится с трудом, а теперь представьте, как трудно изменить ось вращения такого тела как Земля? Меняется лишь угол! под которым солнечные лучи падают на поверхность Земли. И вот этот угол зависит от точки орбиты, в которой в данный момент находится Земля.

 Теперь о небесном экваторе - представьте, что вокруг Земли существует огромная невидимая сфера, словно гигантский планетарий, в центре которого находится Земля, и вот из этого центра мы видим небо, оно спроецировано на воображаемую небесную сферу, мы представляем себе небо эдаким сферическим экраном, куполом, на который якобы спроецированы звёзды. И вот именно продолжение земного экватора в бесконечность, проекция его на эту невидимую небесную сферу и есть - небесный экватор.


Лучше показано на картинках: на первой картинке показан угол между вертикалью (пунктир) и осью вращения Земли, оранжевая линия - это и есть экватор Земли. Нетрудно заметить, что экватор Земли проходит по Африке, и его продолжение, преврающееся в небесный экватор, на второй картинке это хорошо видно (как экватор проецируется на воображаемую небесную сферу Celestial sphere).



Теперь мы немного разобрались, как мы вообще вокруг Солнца движемся - если говорить совсем просто - Земля то один "бочок" подставляет Солнцу, то другой, зимой - нижний (южное полушарие), летом - верхний (северное полушарие). Поэтому-то летом теплее (в северном полушарии, в южном - наборот, холоднее!), ведь северное полушарие находится под солнечными лучами дольше летом, чем зимой и угол, под которыми Солнце освещает поверхность Земли летом выше, поэтому больше энергии от Солнца успевает накопиться в земле и в атмосфере.

Опять же, проще на картинке: как из неё видно - количество солнечной энергии (Solar energy) на 1 квадратный километр на экваторе и на полюсах - разное, экватор освещается практически под прямым (90 градусов) углом, тогда как полюс Земли - практически под нулём градусов. Т.е. солнечные лучи только скользят по полюсу Земли, и не стоит забывать, что на полюсах - снег и лёд, которые отлично отражают свет, на экваторе же - грунт, который нагревается и отражает свет куда хуже снега. В итоге, даже летом на полюсе при незаходящем Солнце будет намного холоднее, чем на экваторе зимой:), если вы не находитесь под прямыми солнечными лучами.


Теперь попытаемся понять, почему в момент осеннего равноденствия день равен ночи и почему именно в этот день?

Как видно из картинки - Солнце в центре (хотя, это не совсем так - Солнце находится в одном из фокусов эллипса, но для нашей упрощенной модели примем, что орбита круговая, а Солнце - в её центре, это сути не изменит), Земля летит по орбите, Солнце освещает Землю и Земля наклонена (она всегда наклонена), какую же картинку увидел бы наблюдатель, оказавшись в момент равноденствия между Землёй и Солнцем? А вот такую:


Видите, по центральной области Земли (по экватору, тому самому, про который я писал выше) пробегает зайчик - это Солнце. В данный момент времени на Земле - равноденствие и освещена ровно половина Земли, поэтому-то день равен ночи (за исключением полярных областей, там Солнце над горизонтом ежесуточно до полугода, и до полгода - под). Т.е. Земля подставила под Солнце оба своих "бочка" или полушария одновременно, если говорить совсем корректно, то солнечные лучи параллельны экватору в данный момент времени и перпендикулярны оси Земли, как бы это странно не выглядело. Просто ось Земли наклонена не вперёд или назад, а вправо или влево.

А вне этих равноденствий и ближе к самой дальней точки орбиты Земли (или к самой ближней) солнечные лучи совсем не параллельны экватору:

Как видно на картинке, ось земли и солнечные лучи взамно находятся под некоторым углом в пространстве... Земля, как видно на этой картинке, больше освещает свой "нижний бочок" (южное полушарие), т.е. в северном полушарии наступила зима! А в южно - лето. И как вы уже заметили зима и лето на Земле наступают одновременно, значит это не зависит от близости Земли к Солнцу:), как может показаться на первый взгляд. На самом деле, зимой (когда зима в северном полушарии, например, в России) Земля ближе к Солнцу на 5 миллионов километров, чем летом.

Вот в этом и есть самый главный нюанс! В наклоне земной оси.

Надеюсь, я не утомил вас чересчур разжёванной информацией о том, как Земли движется вокруг Солнца... А если и утомил, то отдохните и посмотрите на гифки, которые показывают, как Солнце движется в разных местах Земли во время равноденствия:


Город Макапа, Бразилия. 23 сентября 2017 года, суббота

Восход: 6:12 (местное)

Заход: 18:19

Астрономический (истинный солнечный) полдень: 12:16

Световой день: 12ч 6м 47с

На анимации видно, что Солнце встало строго на востоке в 6 утра по местному (или в 12 по UTC) и зашло строго на западе в 6 вечера по местному (или в 00 по UTC), таким образом - день длился 12 часов, и ночь - тоже. Высота Солнца в полдень достигает 90 градусов - т.е. Солнце находится в зените или прямо над головой и тени исчезают в полдень! Вам кажется, что на анимации Солнце не поднимается выше 50-60 градусов - но это обман, поднимается в зенит, просто сфера развёрнута на плоскость!

Примерно так выглядит город Кито - столица Эквадора в 12 часов дня. Кажется, как будто он из компьютерной игры, но, на самом деле, этот эффект обсуловлен отсутствием привычных нашему мозгу теней, поэтому-то мы воспринимаем пейзаж как искусственный:




Мыс Флигели - крайняя северная точка Российской Федерации - 81 градус северной широты:


На анимации хорошо видно, что Солнце "восходит" на востоке и "садится" на Западе, на самом же деле, оно почти не опускается за горизонт, и проходит за сутки очень низко над ним, немного опускаясь за горизонт на -9 градусов. Максимальная высота достигает всего лишь 9 градусов над горизонтом!


Москва:

Как видно из гифки - Солнце не так уж высоко над горизонтом, в 12 часов дня на юге Солнце поднимается над горизонтом всего лишь на 34 градуса. И это не трудно посчитать: смотрите, широта Москвы 56 градусов северной широты, если мы прибавим 34 градуса высоты Солнца, то получим 90 градусом. Во Флигели же при его широте в 81 градус Солнце может подняться всего лишь на 9 градусов - в сумме должно получаться 90 градусов. А вот на экваторе в Кито - сами посчитайте - верно, на 90 градусов над горизонтом (т.е. в зенит), т.к. широта Кито - 0 градусов, ибо он на экваторе.


Отвечаем на поставленные выше вопросы с использованием знаний, которые мы получили выше: почему именно 22-23 сентября, потому что в эти дни действительно день становится равен ночи, Солнце восходит строго на востоке, и переходит в своём видимом движении по эклиптике в южное полушарение небесной сферы, т.е. пересекает тот небесный экватор. А определённый момент времени - потому что именно в этот момент времени центр Солнца пересекает в своём видимом движении по небесной сфере небесный экватор. Т.е. оно начинает больше по времени освещать южное полушарие (нижний "бочок" Земли) и поэтому там наступает весна, а у нас - холодает, ибо меньше света с каждым днём - короче становился день...