День или день , наблюдаемый на Земле, — это период дня , в течение которого данное место испытывает естественное освещение от прямого солнечного света . День наступает, когда Солнце появляется над местным горизонтом , то есть в любой точке полушария земного шара , обращенной к Солнцу. При прямом солнечном свете движение Солнца можно записать и наблюдать с помощью солнечных часов, которые отбрасывают тень, которая медленно движется в течение дня. Другие планеты и естественные спутники , которые вращаются относительно светящегося первичного тела , такого как местная звезда , также испытывают дневное время, но в этой статье в основном обсуждается дневное время на Земле.
В целом, большинство людей, как правило, бодрствуют в течение некоторого дневного периода в своем местоположении и спят в течение некоторого ночного периода.
Примерно половина Земли освещается Солнцем в любой момент времени . Площадь, подвергаемая прямому освещению, составляет почти ровно половину планеты; но из-за атмосферных и других эффектов, которые расширяют область действия непрямого освещения, площадь планеты, покрытая либо прямым, либо непрямым освещением, составляет чуть больше половины поверхности.
Полушарие Земли , в котором в любой момент времени наступает день, непрерывно меняется по мере вращения планеты вокруг своей оси. Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты вокруг Солнца (которая параллельна направлению солнечного света), поэтому продолжительность дневного периода меняется от одной точки планеты к другой. Кроме того, поскольку ось вращения относительно фиксирована по сравнению со звездами, она движется относительно Солнца по мере того, как планета вращается вокруг звезды. Это создает сезонные колебания продолжительности дневного периода в большинстве точек на поверхности планеты.
Период дневного времени с точки зрения наземного наблюдателя грубо определяется как период между восходом солнца , когда вращение Земли на восток впервые заставляет диск Солнца появиться над горизонтом, и закатом , когда продолжающееся вращение Земли заставляет диск Солнца исчезать за горизонтом на западе. Поскольку Солнце является светящимся диском, если смотреть с Земли, а не точечным источником света, восход и заход солнца не происходят мгновенно, и точное определение обоих может меняться в зависимости от контекста. Кроме того, атмосфера Земли дополнительно преломляет и рассеивает свет от Солнца и удлиняет период восхода и захода солнца. В течение определенного периода после захода солнца и до восхода солнца непрямой свет от Солнца освещает небо на Земле; этот период часто называют сумерками . Некоторые группы, такие как земные астрономы, не считают дневное время действительно оконченным, пока диск Солнца фактически не окажется значительно ниже горизонта Земли из-за этого непрямого освещения.
Длина дня или продолжительность дня — это время, прошедшее между началом и концом дневного периода. Учитывая, что собственная ось вращения Земли наклонена на 23,44° к линии, перпендикулярной ее орбитальной плоскости , называемой эклиптикой , продолжительность дня меняется в зависимости от сезонов на поверхности планеты в зависимости от широты наблюдателя . Области, наклоненные к Солнцу, переживают лето . Их наклон к Солнцу приводит к тому, что более половины дня видят дневной свет и более высокие температуры из-за более высокой прямоты солнечных лучей, более длительного периода самого дня и меньшего поглощения солнечного света в атмосфере . Хотя увеличение дневного света может иметь некоторое влияние на более высокие температуры летом, большая часть повышения температуры происходит из-за прямоты Солнца, а не увеличения дневного света. Высокие углы (около зенита ) Солнца заставляют тропики быть теплыми, в то время как низкие углы (едва над горизонтом) заставляют полярные регионы быть холодными. Небольшое влияние светового дня на среднюю сезонную температуру можно наблюдать на полюсах и в тропических регионах. На полюсах все еще холодно летом, несмотря на то, что там 24 часа дневного света в течение шести месяцев, в то время как на экваторе круглый год тепло, и там всего 12 часов дневного света в день.
Хотя продолжительность дня на экваторе остается 12 часов во все сезоны, продолжительность дня на всех других широтах меняется в зависимости от сезона. Зимой день длится короче 12 часов; летом он длится дольше 12 часов. Северная зима и южное лето совпадают, а северное лето и южная зима совпадают.
На экваторе дневной период всегда длится около 12 часов, независимо от сезона. Если смотреть с экватора, Солнце всегда восходит и заходит примерно вертикально, следуя кажущейся траектории, близкой к перпендикулярной к горизонту .
От мартовского равноденствия до сентябрьского равноденствия Солнце восходит в пределах 23,44° к северу от востока и заходит в пределах 23,44° к северу от запада. От сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия Солнце восходит в пределах 23,44° к югу от востока и заходит в пределах 23,44° к югу от запада. Путь Солнца полностью лежит в северной половине небесной сферы от мартовского равноденствия до сентябрьского равноденствия, но полностью лежит в южной половине небесной сферы от сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия. В равноденствия экваториальное Солнце достигает кульминации в зените , проходя прямо над головой в солнечный полдень .
Тот факт, что экваториальное Солнце всегда находится так близко к зениту в солнечный полдень, объясняет, почему тропическая зона содержит самые теплые регионы на планете в целом. Кроме того, на экваторе самый короткий восход или закат , потому что путь Солнца по небу почти перпендикулярен горизонту. В дни равноденствия солнечный диск занимает всего две минуты, чтобы пересечь горизонт (сверху вниз на восходе и снизу вверх на закате).
Тропики занимают зону поверхности Земли между 23,44° северной широты и 23,44° южной широты от экватора . В пределах этой зоны Солнце будет проходить почти прямо над головой (или достигать кульминации ) по крайней мере один день в году. Линия 23,44° северной широты называется тропиком Рака , потому что, когда она была названа, Солнце проходило над головой в этом месте в то время года, когда оно находилось вблизи созвездия Рака. Эквивалентная линия южной широты называется тропиком Козерога по аналогичным причинам. Солнце входит и выходит из каждого зодиакального созвездия немного позже каждый год со скоростью примерно 1 день каждые 72 года. Для получения дополнительной информации см. прецессия равноденствий .
На тропических кругах Солнце находится прямо над головой только один раз в год, в соответствующее солнцестояние. На широтах ближе к экватору и на самом экваторе оно будет находиться над головой дважды в год (в равноденствия в случае экватора), что приводит к явлению Лахайнского полдня или дня нулевой тени . За пределами тропиков Солнце никогда не проходит прямо над головой.
Вокруг полюсов, которые совпадают с осью вращения Земли, проходящей через поверхность, сезонные изменения продолжительности дня экстремальны. Фактически, в пределах широты 23,44° от полюсов, будет по крайней мере несколько дней в году, в течение которых солнце никогда не заходит за горизонт. Также будут дни, когда солнце никогда не поднимается над горизонтом. Это число будет меньше, но близко к числу дней летом, когда солнце не заходит (например, восход солнца обычно происходит за несколько дней до весеннего равноденствия и продолжается несколько дней после осеннего равноденствия). Это явление большего количества дневного света, чем ночного, не является уникальным для полюсов. Фактически, в любой момент времени чуть больше половины Земли находится в дневном свете. 24 часа летнего дневного света известны как полуночное солнце , которое известно в некоторых северных странах. На севере Полярный круг отмечает эту границу в 23,44°. На юге границу отмечает Южный полярный круг . Эти границы соответствуют 66,56° северной или южной широты соответственно. Поскольку небо все еще яркое и звезды не видны, когда солнце находится менее чем в 6 градусах под горизонтом, 24-часовые ночи со звездами, видимыми все время, случаются только за пределами 73° северной или южной широты.
На полюсах и вблизи них Солнце никогда не поднимается очень высоко над горизонтом, даже летом, что является одной из причин, по которой эти регионы мира постоянно холодны во все времена года (другие причины включают эффект альбедо , относительно повышенное отражение солнечного излучения снегом и льдом). Даже в летнее солнцестояние, когда Солнце достигает своей самой высокой точки над горизонтом в полдень, оно все еще находится всего в 23,44° над горизонтом на полюсах. Кроме того, по мере приближения к полюсам видимый путь Солнца по небу каждый день все больше отклоняется от вертикали. С приближением лета Солнце восходит и заходит, становясь более северным на севере и более южным на юге. На полюсах путь Солнца действительно представляет собой круг, который примерно равноудален от горизонта в течение всего дневного периода в любой данный день. Круг постепенно опускается за горизонт по мере приближения зимы и постепенно поднимается над ним по мере приближения лета. На полюсах видимый восход и заход Солнца могут длиться несколько дней.
В средних широтах , вдали от экватора и полюсов, изменения продолжительности дня умеренные. В более высоких средних широтах, где расположены Монреаль , Париж и Ушуайя , разница в продолжительности дня от лета к зиме может быть очень заметна: небо может быть все еще освещено в 10 часов вечера летом, но может быть темным в 5 часов вечера зимой. В нижних средних широтах, где расположены южная Калифорния , Египет и Южная Африка , сезонная разница меньше, но все равно приводит к разнице в дневном свете примерно в 4 часа между зимним и летним солнцестоянием. Разница становится менее выраженной по мере приближения к экватору. [ требуется цитата ] Приближение к ежемесячному изменению можно получить из правила двенадцатых . [1]
Точное время солнечного полудня , когда Солнце достигает своей наивысшей точки на небе, меняется в зависимости от сезона. Это изменение называется уравнением времени ; величина изменения составляет около 30 минут в течение года.
То же самое правило двенадцатых можно применить к продолжительности дней.
