Закат (или закат ) — исчезновение Солнца за горизонтом Земли ( или любого другого астрономического объекта в Солнечной системе ) из-за его вращения . Если смотреть из любой точки Земли , это явление происходит примерно раз в 24 часа, за исключением областей, близких к полюсам . Равноденствие Солнце садится точно на западе в момент как весеннего, так и осеннего равноденствия. Если смотреть из Северного полушария , Солнце садится на северо-западе (или не садится вообще) весной и летом, и на юго-западе осенью и зимой; эти времена года меняются местами для Южного полушария .
Время фактического заката определяется в астрономии как две минуты до того, как верхний край Солнца скроется за горизонтом. [1] Вблизи горизонта атмосферная рефракция приводит к тому, что солнечные лучи искажаются до такой степени, что геометрически солнечный диск уже находится примерно на один диаметр ниже горизонта, когда наблюдается закат.
Закат отличается от сумерек , которые делятся на три стадии. Первая стадия — гражданские сумерки , которые начинаются, как только Солнце скрывается за горизонтом, и продолжаются до тех пор, пока не опустится на 6 градусов ниже горизонта. Ранние и промежуточные стадии сумерек совпадают с предсумерками . Вторая фаза — навигационные сумерки , между 6 и 12 градусами ниже горизонта. Третья фаза — астрономические сумерки , период, когда Солнце находится между 12 и 18 градусами ниже горизонта. [2] Сумерки находятся в самом конце астрономических сумерек и являются самым темным моментом сумерек непосредственно перед ночью . [3] Наконец, ночь наступает, когда Солнце достигает 18 градусов ниже горизонта и больше не освещает небо. [4]
Места севернее Полярного круга и южнее Южного полярного круга не испытывают полного заката или восхода солнца по крайней мере один день в году, когда полярный день или полярная ночь продолжаются непрерывно в течение 24 часов. На широтах, превышающих половину градуса от любого полюса, солнце не может вставать или заходить в один и тот же день в любой день года, поскольку угловая высота солнца между солнечным полднем и полуночью составляет менее одного градуса.
Время заката меняется в течение года и определяется положением наблюдателя на Земле, определяемым широтой и долготой , высотой и часовым поясом . Небольшие ежедневные изменения и заметные полугодовые изменения во времени закатов 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. Зимой и весной дни становятся длиннее, а закаты происходят позже с каждым днем до дня самого позднего заката, который происходит после летнего солнцестояния. В Северном полушарии самый поздний закат происходит в конце июня или в начале июля, но не в летнее солнцестояние 21 июня. Эта дата зависит от широты наблюдателя (связанной с более медленным движением Земли вокруг афелия около 4 июля). Аналогично, самый ранний закат происходит не в зимнее солнцестояние, а примерно на две недели раньше, опять же в зависимости от широты наблюдателя. В Северном полушарии это происходит в начале декабря или конце ноября (из-за более быстрого движения Земли вблизи ее перигелия , которое происходит около 3 января). [ необходима цитата ]
Аналогично, то же самое явление существует в Южном полушарии , но с соответствующими датами, перевернутыми, с самыми ранними закатами, происходящими некоторое время до 21 июня зимой, и самыми поздними закатами, происходящими некоторое время после 21 декабря летом, опять же в зависимости от южной широты. В течение нескольких недель вокруг обоих солнцестояний и восход, и закат становятся немного позже каждый день. Даже на экваторе восход и закат смещаются на несколько минут вперед и назад в течение года, вместе с солнечным полднем. Эти эффекты отображаются с помощью аналеммы . [ 5] [6]
Пренебрегая атмосферной рефракцией и ненулевым размером Солнца, когда бы и где бы ни происходил закат, он всегда находится в северо-западном квадранте от мартовского равноденствия до сентябрьского равноденствия и в юго-западном квадранте от сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия. Закаты происходят почти точно на западе в равноденствия для всех наблюдателей на Земле. Точные вычисления азимутов заката в другие даты сложны, но их можно оценить с достаточной точностью, используя аналемму. [ необходима цитата ]
Поскольку восход и закат рассчитываются по переднему и заднему краям Солнца, а не по центру, продолжительность дня немного больше, чем ночи (примерно на 10 минут, если смотреть из умеренных широт). Кроме того, поскольку свет от Солнца преломляется при прохождении через атмосферу Земли, Солнце все еще видно после того, как оно находится геометрически ниже горизонта. Рефракция также влияет на видимую форму Солнца, когда оно находится очень близко к горизонту. Она заставляет вещи казаться выше в небе, чем они есть на самом деле. Свет от нижнего края солнечного диска преломляется больше, чем свет от верхнего, поскольку рефракция увеличивается по мере уменьшения угла возвышения. Это поднимает видимое положение нижнего края больше, чем верхнего, уменьшая видимую высоту солнечного диска. Его ширина не меняется, поэтому диск кажется шире, чем он высок. (В действительности Солнце почти точно сферическое.) Солнце также кажется больше на горизонте, оптическая иллюзия, похожая на иллюзию луны . [ требуется ссылка ]
В местах к северу от Полярного круга и к югу от Южного полярного круга не наблюдается заката или восхода солнца по крайней мере один день в году, когда полярный день или полярная ночь длятся непрерывно в течение 24 часов. [ необходима ссылка ]
Приблизительное местоположение заката на горизонте ( азимут ), как описано выше, можно найти в ссылках [7] [8] Рисунок справа рассчитан с использованием процедуры солнечной геометрии следующим образом: [9]
Интересной особенностью рисунка справа является очевидная полусферическая симметрия в регионах, где фактически происходят ежедневные восходы и закаты. Эта симметрия становится очевидной, если полусферическое отношение в уравнении восхода применяется к x- и y-компонентам солнечного вектора, представленным в [9] .
Когда луч белого солнечного света проходит через атмосферу к наблюдателю, некоторые цвета рассеиваются из луча молекулами воздуха и частицами в воздухе , 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. [10] На восходе и закате, когда путь через атмосферу длиннее, синие и зеленые компоненты удаляются почти полностью, оставляя более длинноволновые оранжевые и красные оттенки , которые мы видим в это время. Оставшийся покрасневший солнечный свет затем может рассеиваться облачными капельками и другими относительно крупными частицами, чтобы осветить горизонт красным и оранжевым цветом. [11] 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). [12] [13] Рассеивание облачными каплями и другими частицами с диаметрами, сопоставимыми или большими, чем длина волны солнечного света (> 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). [14] [15] [16]
Цвета заката обычно более яркие, чем цвета восхода, потому что вечерний воздух содержит больше частиц, чем утренний. [10] [11] [13] [16] Иногда прямо перед восходом или после заката можно увидеть зеленую вспышку . [17]
Пепел от вулканических извержений, застрявший в тропосфере , имеет тенденцию приглушать цвета заката и восхода солнца, 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 слоистые облака, содержащие серную кислоту , 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.
Некоторые из самых разнообразных цветов на закате можно найти на противоположном или восточном небе после того, как Солнце зашло во время сумерек. В зависимости от погодных условий и типов присутствующих облаков эти цвета имеют широкий спектр и могут давать необычные результаты. [ необходима цитата ]
В некоторых языках стороны света носят названия, этимологически происходящие от слов, обозначающих восход и заход солнца. Английские слова « orient » и « occident », означающие «восток» и «запад» соответственно, произошли от латинских слов, означающих «восход» и «закат». Слово «levant», связанное, например, с французским « (se) lever », означающим «поднимать» или «возвышаться» (а также с английским «elevate»), также используется для описания востока. В польском языке слово для востока wschód ( vskhud ) происходит от морфемы «ws» — означающей «вверх», и «chód» — означающей «двигаться» (от глагола chodzić — означающего «ходить, двигаться»), из-за действия Солнца, выходящего из-за горизонта. Польское слово для запада , zachód ( захуд ), похоже, но со словом «za» в начале, что означает «позади», от действия Солнца, заходящего за горизонт. В русском языке слово для запада, запад ( zapad ), происходит от слов за – означающих «позади», и пад – означающих «падать» (от глагола падать – padat' ), из-за действия Солнца, заходящего за горизонт. На иврите слово для востока – «מזרח», которое происходит от слова для восхода, а слово для запада – «מערב», которое происходит от слова для захода.
Астроном XVI века Николай Коперник был первым, кто представил миру подробную и в конечном итоге широко принятую математическую модель, подтверждающую предположение о том, что Земля движется, а Солнце на самом деле остается неподвижным, несмотря на то, что с нашей точки зрения создается впечатление движущегося Солнца. [18]
Закаты на других планетах выглядят иначе из-за разницы в расстоянии планеты от Солнца , а также из-за отсутствия или отличия состава атмосферы.
На Марсе заходящее Солнце кажется примерно на две трети меньше, чем с Земли , [19] из-за большего расстояния между Марсом и Солнцем. Цвета обычно имеют оттенки синего, но некоторые марсианские закаты длятся значительно дольше и кажутся намного краснее, чем типично на Земле. [20] Цвета марсианского заката отличаются от земных. У Марса тонкая атмосфера , в которой отсутствует кислород и азот , поэтому рассеяние света не определяется процессом рэлеевского рассеяния . Вместо этого воздух полон красной пыли , выдуваемой в атмосферу сильными ветрами, [20] поэтому цвет его неба в основном определяется процессом рассеяния Ми , что приводит к более синим оттенкам, чем закат на Земле . В одном исследовании также сообщалось, что марсианская пыль высоко в атмосфере может отражать солнечный свет до двух часов после захода Солнца, отбрасывая рассеянное свечение на поверхность Марса. [20]
