Солнцестояние — это событие, которое происходит, когда Солнце достигает своего самого северного или южного отклонения относительно небесного экватора на небесной сфере . Ежегодно происходят два солнцестояния, около 21 июня и 21 декабря. Во многих странах времена года определяются солнцестояниями и равноденствиями .
Термин солнцестояние также можно использовать в более широком смысле, как день, когда это происходит. День солнцестояния в любом полушарии имеет либо наибольшее количество солнечного света в году ( летнее солнцестояние ), либо наименьшее количество солнечного света в году ( зимнее солнцестояние ) для любого места, кроме экватора . Альтернативные термины, без двусмысленности относительно того, какое полушарие является контекстом, - это « июньское солнцестояние » и « декабрьское солнцестояние », относящиеся к месяцам, в которых они происходят каждый год. [7]
Слово солнцестояние происходит от латинского sol («солнце») и сестра («стоять на месте»), потому что во время солнцестояний склонение Солнца кажется «остановленным»; то есть сезонное движение дневного пути Солнца (если смотреть с Земли ) останавливается на северном или южном пределе, прежде чем изменить направление на противоположное.
Для наблюдателя на Северном полюсе Солнце достигает наивысшего положения на небе один раз в году в июне. День, когда это происходит, называется днем июньского солнцестояния. Точно так же для наблюдателя на Южном полюсе Солнце достигает наивысшего положения в день декабрьского солнцестояния. Когда на одном полюсе происходит летнее солнцестояние , на другом — зимнее солнцестояние . Движение Солнца на запад никогда не прекращается, поскольку Земля постоянно вращается. Однако движение Солнца по склонению (т.е. по вертикали) останавливается перед тем, как повернуть вспять, в момент солнцестояния. В этом смысле солнцестояние означает «стояние солнца».
Это современное научное слово происходит от латинского научного слова, использовавшегося в поздней Римской республике I века до нашей эры: solstitium . Плиний использует его несколько раз в своей «Естественной истории» в том же значении, что и сегодня. Он содержит две латинские морфемы: sol («солнце») и -stitium («остановка»). [8] Римляне использовали слово «стоять» для обозначения компонента относительной скорости Солнца, наблюдаемой на небе. Относительная скорость — это движение объекта с точки зрения наблюдателя в системе отсчета . Из фиксированного положения на земле кажется, что Солнце вращается вокруг Земли. [9]
Наблюдателю в инерциальной системе отсчета кажется , что планета Земля вращается вокруг своей оси и вращается вокруг Солнца по эллиптической траектории с Солнцем в одном фокусе . Ось Земли наклонена относительно плоскости земной орбиты и сохраняет положение, мало меняющееся по отношению к фону звезд . Таким образом, наблюдатель на Земле видит путь Солнца, который является результатом как вращения, так и вращения.
Компонент движения Солнца, видимый наземным наблюдателем, вызванный вращением наклоненной оси, которая, сохраняя тот же угол в пространстве, ориентирована к Солнцу или от него, представляет собой наблюдаемое ежедневное приращение (и боковое смещение) подъем Солнца в полдень в течение примерно шести месяцев и наблюдаемое ежедневное уменьшение в течение оставшихся шести месяцев. На максимальной или минимальной высоте относительное годовое движение Солнца перпендикулярно горизонту прекращается и меняет направление на противоположное.
За пределами тропиков максимальная высота приходится на летнее солнцестояние, а минимальная — на зимнее солнцестояние. Путь Солнца, или эклиптика , проходит с севера на юг между северным и южным полушариями. Дни становятся длиннее в период летнего солнцестояния и короче в период зимнего солнцестояния. Когда путь Солнца пересекает экватор , продолжительность ночей на широтах +L° и −L° одинакова. Это известно как равноденствие . В тропическом году бывает два солнцестояния и два равноденствия. [11]
Времена года возникают потому, что ось вращения Земли не перпендикулярна ее орбитальной плоскости (плоскости эклиптики ), но в настоящее время составляет угол около 23,44 ° (называемый наклоном эклиптики ), а также потому, что ось сохраняет свою ориентацию относительно в инерциальную систему отсчета . В результате полугодие Северное полушарие наклонено к Солнцу, тогда как другое полугодие Южное полушарие имеет такое же различие. Двумя моментами, когда наклон оси вращения Земли имеет максимальный эффект, являются солнцестояния.
В день июньского солнцестояния подсолнечная точка находится севернее, чем в любое другое время: на 23,44° северной широты, известной как тропик Рака . Точно так же во время декабрьского солнцестояния подсолнечная точка находится южнее, чем в любое другое время: на 23,44 ° южной широты, известной как тропик Козерога . Подсолнечная точка будет пересекать каждую широту между этими двумя крайностями ровно два раза в год.
Также во время июньского солнцестояния места на Полярном круге (66,56° северной широты) будут видеть Солнце прямо над горизонтом в полночь, а все места к северу от него будут видеть Солнце над горизонтом в течение 24 часов. Это полуночное солнце или середина лета , ночное солнце или полярный день. С другой стороны, в местах за Южным полярным кругом (66,56° южной широты) в полдень Солнце будет видно прямо над горизонтом, а во всех местах к югу от него Солнце не будет видно над горизонтом в любое время суток. Это полярная ночь . Во время декабрьского солнцестояния воздействие на оба полушария прямо противоположное. При этом полярный морской лед ежегодно отрастает из-за недостатка солнечного света в воздухе над морем и вокруг него. Самые теплые и самые холодные периоды года в регионах с умеренным климатом сдвигаются примерно на один месяц после солнцестояний из-за тепловой инерции Земли.
Концепция солнцестояний была заложена в древнегреческую астрономическую навигацию . Как только они открыли, что Земля имеет сферическую форму [12], они разработали понятие небесной сферы , [13] воображаемой сферической поверхности, вращающейся с закрепленными на ней небесными телами ( ураниами ) (современная не вращается, а звезды в нем делают). Пока не делается никаких предположений относительно расстояний этих тел от Земли или друг от друга, сферу можно считать реальной и фактически она все еще используется. Древние греки использовали термин «ηλιοστάσιο» (heliostāsio) , означающий положение Солнца .
Звезды движутся по внутренней поверхности небесной сферы по окружностям в параллельных плоскостях [14], перпендикулярных земной оси , вытянутой на неопределенное время в небо и пересекающей небесную сферу в небесном полюсе. [15] Солнце и планеты движутся не по этим параллельным путям, а по другому кругу, эклиптике, плоскость которой находится под углом, наклоном эклиптики , к оси, перемещая Солнце и планеты поперек путей и среди звезд.*
Клеомед утверждает: [16]
Полоса Зодиака ( zōdiakos kuklos , «зодиакальный круг») находится под косым углом ( локсос ), потому что она расположена между тропическими кругами и кругом равноденствия, касаясь каждого из тропических кругов в одной точке... Этот Зодиак имеет определимый ширина (сегодня установлена на уровне 8°)… поэтому она описывается тремя кругами: центральный называется «гелиакальным» ( hēliakos , «солнечный»).
Термин гелиакический круг используется для обозначения эклиптики, которая находится в центре зодиакального круга и представляет собой полосу, включающую отмеченные созвездия, названные на мифические темы. Другие авторы используют Зодиак для обозначения эклиптики, которая впервые появляется в толковании неизвестного автора в отрывке Клеомеда, где он объясняет, что Луна также находится в зодиакальном круге и периодически пересекает путь Солнца. Поскольку некоторые из этих пересечений представляют собой лунные затмения , пути Солнца дан синоним эклейптикос (куклос) от ekleipsis , «затмение».
Два солнцестояния можно различить по разным парам названий, в зависимости от того, какую особенность хочется подчеркнуть.
Традиционные восточноазиатские календари делят год на 24 солнечных периода (節氣). Сячжи ( пиньин ) или геши ( ромаджи ) ( китайский и японский : 夏至; корейский : 하지(Хаджи) ; вьетнамский : Hạ chí ; « крайний летний период ») — 10-й солнечный термин, отмечающий день летнего солнцестояния . Он начинается, когда Солнце достигает небесной долготы 90° (около 21 июня), и заканчивается, когда Солнце достигает долготы 105° (около 7 июля). Сячжи чаще относится к дню, когда Солнце находится точно на 90° небесной долготы.
Дончжи ( пиньинь ) или Тодзи ( ромаджи ) ( китайский и японский : 冬至; корейский : 동지(Дунцзи) ; вьетнамский : ông chí ; « крайняя зима ») — 22-й солнечный термин, отмечающий день зимнего солнцестояния . Он начинается, когда Солнце достигает небесной долготы 270° (около 22 декабря), и заканчивается, когда Солнце достигает долготы 285° (около 5 января). Дунчжи чаще относится к дню, когда Солнце находится точно на небесной долготе 270 °.
Солнцестояния (как и равноденствия ) отмечают середину времен года в восточноазиатских календарях. Здесь китайский иероглиф 至 означает «крайний», поэтому термины солнцестояний напрямую обозначают вершины лета и зимы.
Термин «солнцестояние» также можно использовать в более широком смысле, как дату (день), когда происходит такое прохождение. Солнцестояния вместе с равноденствиями связаны с временами года. В некоторых языках считается, что они начинают или разделяют времена года; в других они считаются центральными точками (например, в Англии , в Северном полушарии, период северного солнцестояния известен как середина лета). День летнего солнцестояния , определяемый христианской церковью как День Святого Иоанна , приходится на 24 июня, примерно через три дня после самого солнцестояния). Точно так же 25 декабря — это начало празднования Рождества и день, когда Солнце начинает возвращаться в Северное полушарие. Традиционные британские и ирландские (часто) основные дни аренды и встреч в году: «обычные четвертные дни » сначала были днями солнцестояний и равноденствий.
Многие культуры отмечают различные комбинации зимнего и летнего солнцестояний, равноденствий и средних точек между ними, что приводит к возникновению различных праздников, связанных с этими событиями. Во время южного или зимнего солнцестояния Рождество является наиболее распространенным современным праздником, в то время как Ялда , Сатурналии , Карачун , Ханука , Кванза и Йоль также празднуются примерно в это время. В культурах Восточной Азии фестиваль Дунчжи отмечается в день зимнего солнцестояния. В период северного или летнего солнцестояния христианские культуры празднуют праздник Св. Иоанна с 23 по 24 июня (см. Канун Св. Иоанна , День Ивана Купалы ), в то время как современные язычники отмечают Иванов день, известный среди виккан как Лита . В день весеннего (весеннего) равноденствия отмечаются несколько весенних фестивалей, таких как персидский Навруз , соблюдение в иудаизме Песаха , обряды Пасхи в большинстве христианских церквей, а также викканская Остара . Осеннее равноденствие связано с еврейским праздником Суккот и викканским Мабоном .
На южной оконечности Южной Америки народ мапуче празднует У Трипанту ( Новый год) через несколько дней после северного солнцестояния, 24 июня . назад. Дальше на восток народ аймара празднует свой Новый год 21 июня. Празднование происходит на восходе солнца, когда солнце светит прямо через Ворота Солнца в Тиуанако . Другие новогодние праздники аймара происходят по всей Боливии , в том числе на территории Эль-Фуэрте-де-Самайпата .
В индуистском календаре два звездных солнцестояния называются Макара Санкранти , что отмечает начало Уттараяны , и Карка Санкранти , который отмечает начало Дакшинаяны . Первое происходит примерно 14 января каждого года, а второе — около 14 июля каждого года. Они отмечают движение Солнца по сидерически фиксированному зодиаку ( прецессия игнорируется) в Макару, зодиакальный знак, соответствующий Козерогу , и в Карку, зодиакальный знак, соответствующий Раку , соответственно.
Южнополярная станция Амундсен-Скотт ежегодно 21 июня отмечает вечеринку в середине зимы, чтобы отпраздновать то, что Солнце находится в самой низкой точке и возвращается.
Парад солнцестояния во Фримонте проводится каждое летнее солнцестояние во Фримонте, Сиэтл, Вашингтон , США .
Реконструированный Кахокия Вудхендж , большой деревянный круг , расположенный на археологическом участке культуры Миссисипи Кахокия недалеко от Коллинсвилля, штат Иллинойс , [22] является местом ежегодного празднования равноденствия и солнцестояния. Из уважения к верованиям коренных американцев на этих мероприятиях не проводятся какие-либо церемонии или ритуалы. [23] [24] [25]
В отличие от равноденствия, время солнцестояния определить непросто. Изменения в солнечном склонении становятся меньше по мере того, как Солнце приближается к своему максимальному/минимальному склонению. В дни до и после солнцестояния скорость склонения составляет менее 30 угловых секунд в день , что составляет менее 1/60 углового размера Солнца или эквивалентно всего 2 секундам прямого восхождения .
Эту разницу едва ли можно обнаружить с помощью устройств непрямого наблюдения, таких как секстант , оснащенный нониусом , и невозможно с помощью более традиционных инструментов, таких как гномон [26] или астролябия . Также трудно обнаружить изменения азимута восхода/захода солнца из-за изменений атмосферной рефракции [27] . Эти проблемы с точностью делают невозможным определение дня солнцестояния на основе наблюдений, сделанных в течение 3 (или даже 5) дней, предшествующих солнцестоянию, без использования более сложных инструментов.
Отчеты не сохранились, но греческие астрономы, должно быть, использовали метод аппроксимации, основанный на интерполяции, который до сих пор используется некоторыми любителями. Этот метод состоит в регистрации угла склонения в полдень в течение нескольких дней до и после солнцестояния, пытаясь найти два отдельных дня с одинаковым склонением. Когда эти два дня найдены, полуденное время между обоими полднями считается временем солнцестояния. Интервал в 45 дней был постулирован как лучший для достижения точности до четверти дня при определении солнцестояния. [28] В 2012 году журнал DIO обнаружил, что точность в один или два часа со сбалансированными ошибками может быть достигнута путем наблюдения за одинаковой высотой Солнца около S = двадцати градусов (или d = около 20 дней) до и после летнего солнцестояния, потому что среднее значение этих двух времен будет раньше на q угловых минут, где q равно (πe cosA)/3, умноженному на квадрат S в градусах (e = эксцентриситет земной орбиты, A = перигелий Земли или апогей Солнца), а шум в результате составит около 41 часа, разделенного на d, если остроту глаза принять за одну угловую минуту.
Астрономические альманахи определяют солнцестояния как моменты, когда Солнце проходит через цвет солнцестояния , т.е. моменты, когда видимая геоцентрическая небесная долгота Солнца равна 90° (июньское солнцестояние) или 270° (декабрьское солнцестояние). [29] Даты солнцестояния меняются каждый год и могут произойти на день раньше или позже в зависимости от часового пояса . Поскольку вращение Земли по орбите занимает немного больше времени, чем календарный год, состоящий из 365 дней, солнцестояния происходят немного позже каждый календарный год, пока високосный день не приведет календарь в соответствие с орбитой. Таким образом, солнцестояния всегда происходят между 20 и 22 июня и между 20 и 23 декабря [30] [31] в четырехлетнем цикле, причем 21 и 22 числа являются наиболее распространенными датами, как это можно видеть в графике на начало статьи.
Используя текущие официальные границы созвездий МАС – и принимая во внимание переменную скорость прецессии и вращение эклиптики – солнцестояния смещаются через созвездия следующим образом [32] (выраженные в нумерации астрономических лет , в которых год 0 = 1 до н.э., — 1 = 2 г. до н. э. и т. д.):
687-дневная орбита Марса вокруг Солнца (почти в два раза больше, чем у Земли) приводит к тому, что летнее и зимнее солнцестояние происходят примерно с 23-месячными интервалами. [33]
sphairikē ... tēs gēs epiphaneia, сферическая поверхность Земли
shairoeidēs ... уран, сферический по виду ... это рай
Приведенные выше графики показывают, как дата летнего солнцестояния смещается по григорианскому календарю в зависимости от вставки високосных лет.
