Восход солнца (или заход солнца) — момент, когда утром на горизонте появляется верхний край Солнца . [1] Этот термин также может относиться ко всему процессу пересечения солнечного диска за горизонтом.
Хотя кажется, что Солнце «поднимается» из-за горизонта, на самом деле именно движение Земли вызывает появление Солнца. Иллюзия движущегося Солнца возникает из-за того, что земные наблюдатели находятся во вращающейся системе отсчета ; это очевидное движение привело к тому, что во многих культурах мифологии и религии были построены 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 «солнечное зрение» и «солнечное затмение», чтобы лучше представить гелиоцентрическую модель, хотя эти термины не вошли в общий язык. [3] [4]
С астрономической точки зрения восход солнца происходит всего на мгновение: момент, когда верхний край Солнца кажется касательным к горизонту. [1] Однако термин «восход солнца» обычно относится к периодам времени как до, так и после этого момента:
Стадия восхода солнца, известная как ложный восход, на самом деле происходит до того, как Солнце действительно достигает горизонта, потому что атмосфера Земли преломляет изображение Солнца. На горизонте средняя величина рефракции составляет 34 угловых минуты , хотя эта величина варьируется в зависимости от атмосферных условий. [1]
Кроме того, в отличие от большинства других солнечных измерений, восход солнца происходит, когда кажется, что верхний край Солнца , а не его центр, пересекает горизонт. Видимый радиус Солнца на горизонте составляет 16 угловых минут. [1]
Эти два угла в совокупности определяют, что восход солнца 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, а также зависит от широты и долготы зрителя , высоты над уровнем моря и часового пояса . Эти изменения вызваны осевым наклоном Земли, суточным вращением Земли, движением планеты по годовой эллиптической орбите вокруг Солнца , а также парными вращениями Земли и Луны вокруг друг друга . Аналемму можно использовать для приблизительного предсказания времени восхода солнца .
В конце зимы и весной восход солнца в умеренных широтах происходит каждый день раньше, достигая самого раннего времени вблизи летнего солнцестояния ; хотя точная дата зависит от широты. После этого момента время восхода солнца с каждым днем становится все позже, достигая самого последнего времени во время зимнего солнцестояния . Смещение между датами солнцестояния и самым ранним или поздним временем восхода солнца вызвано эксцентриситетом орбиты Земли и наклоном ее оси и описывается аналеммой , которую можно использовать для предсказания дат.
Изменения атмосферной рефракции могут изменить время восхода солнца, изменив его видимое положение. Вблизи полюсов изменения времени суток преувеличены, поскольку Солнце пересекает горизонт под очень пологим углом и поэтому восходит медленнее. [1]
Учет атмосферной рефракции и измерение от переднего края немного увеличивает среднюю продолжительность дня по сравнению с ночью . Однако уравнение восхода солнца , которое используется для определения времени восхода и захода Солнца, использует для вычислений физический центр Солнца, пренебрегая атмосферной рефракцией и ненулевым углом, образованным солнечным диском.
Если пренебречь эффектами рефракции и ненулевым размером Солнца, всякий раз, когда восход солнца происходит, в регионах с умеренным климатом 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] Для всех зрителей на Земле восходы происходят примерно на востоке в дни мартовского и сентябрьского равноденствий. [7] Точные расчеты азимутов восхода солнца в другие даты сложны, но их можно оценить с достаточной точностью, используя аналемму .
Рисунок справа рассчитан с использованием программы солнечной геометрии, приведенной в работе. [8] следующим образом:
Интересной особенностью рисунка справа является явная симметрия полушарий в регионах, где действительно происходят ежедневные восходы и заходы солнца.
Эта симметрия становится ясной, если применить полусферную связь в уравнении восхода солнца к x- и y-компонентам солнечного вектора, представленным в [11]. [8]
Молекулы воздуха и частицы в воздухе рассеивают белый солнечный свет, когда он проходит через атмосферу Земли. Это достигается за счет комбинации рассеяния Рэлея и рассеяния Ми . [9]
Когда луч белого солнечного света проходит через атмосферу к наблюдателю, некоторые цвета рассеиваются молекулами воздуха и частицами в воздухе , изменяя окончательный цвет луча, который видит зритель. Поскольку более коротковолновые компоненты, такие как синий и зеленый, рассеиваются сильнее, эти цвета предпочтительно удаляются из луча. [9]
На восходе и закате, когда путь через атмосферу длиннее, синий и зеленый компоненты почти полностью удаляются, оставляя более длинноволновые оранжевые и красные оттенки, видимые в это время. Оставшийся покрасневший солнечный свет затем может быть рассеян капельками облаков и другими относительно крупными частицами, озаряя горизонт красным и оранжевым светом. [10] Удаление более коротких длин волн света происходит из-за рэлеевского рассеяния на молекулах воздуха и частицах, размер которых намного меньше длины волны видимого света (менее 50 нм в диаметре). [11] [12] Рассеяние облачными каплями и другими частицами с диаметром, сравнимым или превышающим длину волны солнечного света (более 600 нм), происходит из-за рассеяния Ми и не сильно зависит от длины волны. Рассеяние Ми отвечает за свет, рассеянный облаками, а также за дневное ореол белого света вокруг Солнца ( рассеяние белого света вперед ). [13] [14] [15]
Цвета заката обычно более яркие, чем цвета восхода, потому что вечерний воздух содержит больше частиц, чем утренний. [9] [10] [12] [15] Пепел от извержений вулканов , попавший в тропосферу , имеет тенденцию приглушать цвета заката и восхода солнца, в то время как вулканические выбросы, которые вместо этого поднимаются в стратосферу ( в виде тонких облаков из крошечных капель серной кислоты ) , может дать красивые цвета после заката, называемые послесвечением и предрассветным свечением. Ряд извержений, в том числе извержения горы Пинатубо в 1991 году и Кракатау в 1883 году , образовали достаточно высокие стратосферные облака серной кислоты, что привело к появлению замечательных послесвечений заката (и предрассветного свечения) по всему миру. Высотные облака служат для отражения сильно покрасневшего солнечного света, все еще падающего на стратосферу после захода солнца, вниз к поверхности.
