Дневное время , наблюдаемое на Земле, — это период дня, в течение которого данное место испытывает естественное освещение прямыми солнечными лучами . Дневное время 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, отбрасывающих тень, медленно перемещающуюся в течение дня. Другие планеты и естественные спутники , которые вращаются относительно светящегося первичного тела , например местная звезда , также испытывают дневное время, но в этой статье в первую очередь обсуждается дневное время на Земле.
В широком смысле большинство людей, как правило, бодрствуют в течение некоторого времени в течение дня в своем местоположении и спят в течение некоторого времени в ночное время.
Примерно половина Земли в любое время освещается Солнцем . Площадь, подвергающаяся прямому освещению, составляет почти ровно половину планеты; но из-за атмосферных и других эффектов, расширяющих зону действия непрямого освещения, площадь планеты, охваченная прямым или непрямым освещением, составляет чуть больше половины поверхности.
Полушарие Земли , в котором в любой момент времени наблюдается дневное время, постоянно меняется по мере вращения планеты вокруг своей оси. Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты вокруг Солнца (параллельной направлению солнечного света), поэтому продолжительность дневного периода варьируется от одной точки планеты к другой. Кроме того, поскольку ось вращения относительно неподвижна по сравнению со звездами, она перемещается относительно Солнца, когда планета вращается вокруг звезды. Это создает сезонные колебания продолжительности дневного периода в большинстве точек поверхности планеты.
Период дневного времени с точки зрения поверхностного наблюдателя грубо определяется как период между восходом солнца , когда вращение Земли на восток впервые приводит к появлению солнечного диска над горизонтом, и закатом , когда продолжающееся вращение Земли вызывает Солнечный диск исчезнет за горизонтом на западе. Поскольку Солнце представляет собой светящийся диск, если смотреть с Земли, а не точечный источник света, восход и закат не происходят мгновенно, и точное определение обоих может варьироваться в зависимости от контекста. Кроме того, атмосфера Земли еще больше искривляет и рассеивает свет Солнца и удлиняет период восхода и захода солнца. В течение определенного периода после захода солнца и перед восходом солнца непрямой свет Солнца освещает небо на Земле; этот период часто называют сумерками . Некоторые группы, такие как земные астрономы, из-за этого непрямого освещения не считают, что дневное время действительно закончилось до тех пор, пока солнечный диск не окажется значительно ниже горизонта Земли.
Продолжительность светового дня или продолжительность светового 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 времени года 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 направленности солнечных лучей, более длительного периода самого дневного времени 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. Большие углы (около зенита ) Солнца делают тропики теплыми, тогда как низкие углы (едва над горизонтом) делают полярные регионы холодными. Небольшое влияние светового дня на среднюю сезонную температуру можно увидеть на полюсах и в тропических регионах. Летом на полюсах все еще холодно, несмотря на то, что в течение шести месяцев световой день длится 24 часа, в то время как на экваторе остается теплым в течение всего года, где световой день длится всего 12 часов в день.
Хотя продолжительность дня на экваторе остается 12 часов во все времена года, продолжительность дня на всех других широтах меняется в зависимости от сезона. Зимой световой день длится менее 12 часов; летом оно длится более 12 часов. Северная зима и южное лето совпадают, а северное лето и южная зима совпадают.
На экваторе световой день всегда длится около 12 часов, независимо от времени года. Если смотреть с экватора, Солнце всегда восходит и заходит примерно вертикально, следуя по видимому пути , близкому к перпендикуляру 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 дни равноденствий экваториальное Солнце достигает кульминации в зените и проходит прямо над головой в солнечный полдень .
Тот факт, что экваториальное Солнце всегда находится так близко к зениту в солнечный полдень, объясняет, почему в тропической зоне находятся 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 солнечному диску требуется всего две минуты, чтобы пройти горизонт (сверху вниз при восходе Солнца и снизу вверх при закате).
Тропики занимают зону поверхности Земли между 23,44° северной широты и 23,44° южной широты от экватора . В этой зоне 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 этим местом в то время года, когда оно находилось вблизи созвездия Рака. Соответствующая линия южной широты по тем же причинам называется Тропиком Козерога . Солнце каждый год входит и покидает каждое зодиакальное созвездие немного позже, примерно 1 день каждые 72 года. Для получения дополнительной информации см. прецессию равноденствий .
На Тропических кругах Солнце находится прямо над головой только один раз в году, в соответствующий день солнцестояния. На широтах ближе к экватору и на самом экваторе он будет подниматься над головой дважды в год (в случае экватора в дни равноденствия), что приведет к явлению полудня Лахайны или дня нулевой тени . За пределами тропиков Солнце никогда не проходит прямо над головой.
Вокруг полюсов, которые совпадают с осью вращения Земли, когда она проходит через поверхность, сезонные колебания продолжительности дня очень велики. Фактически, в пределах 23,44° широты от полюсов каждый год будут по крайней мере несколько дней, в течение которых солнце никогда не опускается за горизонт. Также будут дни, когда Солнце никогда не поднимается над горизонтом. Это число будет меньше, но близко к количеству дней летом, когда солнце не заходит (например, восход солнца обычно происходит за несколько дней до весеннего равноденствия и продолжается на несколько дней после осеннего равноденствия). Это явление, когда дневного света больше, чем ночного, характерно не только для полюсов. Фактически, в любой момент времени чуть больше половины Земли находится в дневном свете. 24 часа летнего дневного света известны как полуночное солнце , известное в некоторых северных странах. На севере Полярный круг отмечает 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 под горизонтом менее 6 градусов, 24-часовые ночи с постоянно видимыми звездами 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, почему в этих регионах мира постоянно холодно во все времена года (к другим относится эффект альбедо , относительное повышенное отражение солнечное излучение снега и льда). Даже во время летнего солнцестояния, когда Солнце достигает своей высшей точки над горизонтом в полдень, оно все еще находится всего на 23,44° над горизонтом на полюсах. Кроме того, по мере приближения к полюсам видимый путь Солнца по небу с каждым днем все больше отклоняется от вертикали. По мере приближения лета Солнце всходит и садится севернее на севере и южнее на юге. На полюсах путь Солнца действительно представляет собой круг, который находится примерно на равном расстоянии от горизонта на протяжении всего дневного периода в любой данный день. Круг постепенно опускается за горизонт с приближением зимы и постепенно поднимается над ним с приближением 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 летом и зимой может быть очень заметной: небо может быть еще освещено в 22:00 летом, но может быть темным в 17:00. зимой. В нижних средних широтах, где расположены южная Калифорния , Египет и Южная Африка , сезонная разница меньше, но все же приводит к разнице в дневном свете между зимним и летним солнцестоянием примерно в 4 часа. Разница становится менее выраженной по мере приближения к экватору. [ нужна цитата ] Приближение к ежемесячному изменению может быть получено из правила двенадцатых . [1]
Точный момент солнечного полудня , когда Солнце достигает своей высшей точки на небе, меняется в зависимости от сезона. Это изменение называется уравнением времени ; величина изменения составляет около 30 минут в течение года.
То же Правило Двенадцатых можно применить и к продолжительности дней.
