Восход Солнца (или Sunrise ) — это момент, когда верхний край Солнца появляется на горизонте утром . [ 1 ] Этот термин может также относиться ко всему процессу пересечения солнечного диска горизонта.
Хотя кажется, что Солнце «поднимается» из-за горизонта, на самом деле именно движение Земли заставляет Солнце появляться. Иллюзия движущегося Солнца возникает из-за того, что наблюдатели Земли находятся во вращающейся системе отсчета ; это кажущееся движение привело к тому, что во многих культурах появились мифологии и религии, построенные вокруг геоцентрической модели , которая преобладала до тех пор, пока астроном Николай Коперник не сформулировал свою гелиоцентрическую модель в 16 веке. [2]
Архитектор Бакминстер Фуллер предложил термины «солнечный свет» и «солнечное затмение» для лучшего представления гелиоцентрической модели, хотя эти термины не вошли в общепринятый язык. [3] [4]
С астрономической точки зрения восход Солнца происходит только на мгновение, а именно в тот момент, когда верхняя часть Солнца касается горизонта. [1] Однако термин «восход Солнца» обычно относится к периодам времени как до, так и после этой точки:
Этап восхода Солнца, известный как ложный восход, на самом деле происходит до того, как Солнце действительно достигает горизонта, поскольку атмосфера Земли преломляет изображение Солнца. На горизонте средняя величина рефракции составляет 34 угловых минуты , хотя эта величина меняется в зависимости от атмосферных условий. [1]
Также, в отличие от большинства других солнечных измерений, восход Солнца происходит, когда верхняя часть Солнца , а не его центр, кажется пересекающим горизонт. Видимый радиус Солнца на горизонте составляет 16 угловых минут. [1]
Эти два угла объединяются, чтобы определить восход Солнца, который происходит, когда центр Солнца находится на 50 угловых минут ниже горизонта, или на 90,83° от зенита . [1]
Время восхода солнца меняется в течение года и также зависит от широты и долготы наблюдателя , высоты и часового пояса . Эти изменения обусловлены наклоном оси Земли, суточным вращением Земли, движением планеты по ее годовой эллиптической орбите вокруг Солнца и парными обращениями Земли и Луны друг вокруг друга . Аналемму можно использовать для приблизительного прогнозирования времени восхода солнца.
Поздней зимой и весной восход солнца, наблюдаемый в умеренных широтах, происходит раньше каждый день, достигая своего самого раннего времени около летнего солнцестояния ; хотя точная дата варьируется в зависимости от широты. После этого момента время восхода солнца становится позже каждый день, достигая своего самого позднего времени где-то около зимнего солнцестояния . Смещение между датами солнцестояния и самым ранним или самым поздним временем восхода солнца вызвано эксцентриситетом орбиты Земли и наклоном ее оси и описывается аналеммой, которую можно использовать для прогнозирования дат.
Изменения в атмосферной рефракции могут изменить время восхода Солнца, изменяя его видимое положение. Вблизи полюсов изменение времени суток преувеличено, поскольку Солнце пересекает горизонт под очень малым углом и, таким образом, поднимается медленнее. [1]
Учет атмосферной рефракции и измерение от переднего края немного увеличивает среднюю продолжительность дня относительно ночи . Однако уравнение восхода солнца , которое используется для вывода времени восхода и захода солнца, использует для расчета физический центр Солнца, пренебрегая атмосферной рефракцией и ненулевым углом, образуемым солнечным диском.
Пренебрегая эффектами рефракции и ненулевым размером Солнца, всякий раз, когда происходит восход Солнца, в умеренных регионах он всегда находится в северо-восточном квадранте от мартовского равноденствия до сентябрьского равноденствия и в юго-восточном квадранте от сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия. [6] Восходы происходят примерно на востоке в мартовское и сентябрьское равноденствие для всех наблюдателей на Земле. [7] Точные вычисления азимутов восхода Солнца в другие даты сложны, но их можно оценить с достаточной точностью, используя аналемму .
Рисунок справа рассчитан с использованием процедуры солнечной геометрии в [8] следующим образом:
Интересной особенностью рисунка справа является очевидная симметрия полушарий в регионах, где фактически происходят ежедневные восходы и заходы Солнца.
Эта симметрия становится ясной, если применить полусферическое соотношение в уравнении восхода Солнца к x- и y-компонентам солнечного вектора, представленным в [8] .
Молекулы воздуха и воздушные частицы рассеивают белый солнечный свет, когда он проходит через атмосферу Земли. Это происходит за счет комбинации рэлеевского рассеяния и рассеяния Ми . [9]
Когда луч белого солнечного света проходит через атмосферу к наблюдателю, некоторые цвета рассеиваются из луча молекулами воздуха и частицами воздуха , изменяя окончательный цвет луча, который видит наблюдатель. Поскольку компоненты с более короткой длиной волны, такие как синий и зеленый, рассеиваются сильнее, эти цвета предпочтительно удаляются из луча. [9]
На восходе и закате, когда путь через атмосферу длиннее, синие и зеленые компоненты почти полностью удаляются, оставляя более длинноволновые оранжевые и красные оттенки , видимые в это время. Оставшийся покрасневший солнечный свет может затем рассеиваться облачными капельками и другими относительно крупными частицами, чтобы осветить горизонт красным и оранжевым. [10] Удаление более коротких длин волн света происходит из-за рэлеевского рассеяния молекулами воздуха и частицами, намного меньшими, чем длина волны видимого света (менее 50 нм в диаметре). [11] [12] Рассеивание облачными капельками и другими частицами с диаметрами, сопоставимыми или большими, чем длина волны солнечного света (более 600 нм), происходит из-за рассеяния Ми и не сильно зависит от длины волны. Рассеяние Ми отвечает за свет, рассеиваемый облаками, а также за дневной ореол белого света вокруг Солнца ( прямое рассеяние белого света). [13] [14] [15]
Цвета заката обычно более яркие, чем цвета восхода, потому что вечерний воздух содержит больше частиц, чем утренний воздух. [9] [10] [12] [15] Пепел от вулканических извержений , захваченный в тропосфере , имеет тенденцию приглушать цвета заката и восхода, в то время как вулканические выбросы, которые вместо этого поднимаются в стратосферу (в виде тонких облаков крошечных капелек серной кислоты ), могут давать красивые цвета после заката, называемые послесвечениями и предрассветными свечениями. Ряд извержений, включая извержения горы Пинатубо в 1991 году и Кракатау в 1883 году , создали достаточно высокие стратосферные облака серной кислоты, чтобы дать замечательные послесвечения заката (и предрассветные свечения) по всему миру. Высотные облака служат для отражения сильно покрасневшего солнечного света, все еще падающего в стратосферу после захода солнца, вниз к поверхности.
