Widomy ruch roczny Słońca na sferze niebieskiej

Konsekwencją ruchu obrotowego Ziemi wokół własnej osi (z zachodu na wschód) jest codzienny wschód Słońca, jego górowanie w południe i zachód wieczorem.

Baczna obserwacja tych zjawisk wykazuje, że nie przebiegają one stale w taki sam sposób. Miejsca wschodu i zachodu Słońca na horyzoncie nie są te same w ciągu roku. Podobnie zmienia się wysokość górowania. Tak samo długość dnia ulega w ciągu roku wyraźnym wahaniom.

Słońce porusza się (widzialny z Ziemi, pozorny ruch Słońca) po ekliptyce, nachylonej do równika pod kątem ε = 23°26'. Jego rektascensja i deklinacja zmieniają się w ciągu doby (rektascensja ok. 1°/dobę, deklinacja ok. 80'/dobę).

Wzdłuż ekliptyki ciągnie się tzw. pas zodiakalny, który składa się z 12 gwiazdozbiorów.

Punkt równonocy wiosennej - punkt Barana w którym Słońce znajduje się około 21 marca (α = 0°, δ = 0°) Punkt przesilenia letniego - punkt Raka w którym Słońce znajduje się około 21 czerwca (α = 6 h, δ = +ε) Punkt równonocy jesiennej - punkt Wagi w którym Słońce znajduje się około 22/23 września (α = 12 h, δ = 0°) Punkt przesilenia zimowego - punkt Koziorożca w którym Słońce znajduje się około 21 grudnia (α = 18 h, δ = −ε) Na ekliptyce wyróżniamy cztery punkty kardynalne:

Położenie punktu Barana Precesja (lunisolarna) jest wynikiem grawitacyjnego Oddziaływania Księżyca i Słońca na niesferyczną Ziemię niezerowy moment sił). Okres precesji osi rotacji Ziemi: około 25,800 lat Zmiana położenia p. Barana - Precesja

Ruch dobowy Słońca W dniach równonocy (21 marca, 22 września) Słońce w ruchu dobowym porusza się po równiku niebieskim (δ=0, h= 90° – φ). Wschodzi dokładnie w punkcie wschodu (E) i zachodzi dokładnie w punkcie zachodu (W). W dniach przesileń (21 czerwca i 21 grudnia) Słońce osiąga maksymalną h = 90° – φ +ε lub minimalną h = 90° – φ - ε wysokość górowania.

Granice stref klimatycznych Jednym z następstw rocznego ruchu Słońca po ekliptyce jest możliwość wyróżnienia na Ziemi pięciu stref zwanych tradycyjnie, choć nieściśle, klimatycznymi, a będących właściwie obszarami rozgraniczanymi za pomocą kryteriów określających cechy oświetlenia tych obszarów. Wyróżniamy: strefę gorącą, dwie strefy umiarkowane i dwie strefy polarne.

Ruch dobowy Słońca dla szerokości 23°26'. W dniu 21 czerwca Słońce znajduje się w punkcie Raka, ma deklinacje 23°26‘ Czyli: φ = δ. Z wzoru na wysokość górowania: h = 90° + φ – δ Wynika że w tym dniu na szerokości 23°26‘ Słońce góruje w zenicie. Graniczny równoleżnik o szerokości 23°26‘ (zwrotnik Raka) wyznacza klimatyczną strefę gorącą.

Strefa gorąca Strefa gorąca to obszar na powierzchni Ziemi, w którym górowanie Słońca może zachodzić w zenicie. Dla gwiazd górujących w zenicie zachodzi warunek: φ = δ Maksymalna i minimalna deklinacja Słońca są odpowiednio równe +23°26' i −23°26'. Tym samym obszar gorący rozciąga się od −ε ≤ φ ≤ +ε Wartości krańcowe określają szerokości geograficzne zwrotników : Raka (φ max = +ε) i Koziorożca (φ min = −ε). Zwrotniki te są granicznymi równoleżnikami pomiędzy strefą gorącą a strefami umiarkowanymi.

Ruch dobowy Słońca dla szerokości 66°34' W dniu 21 grudnia Słońce znajduje się w punkcie Koziorożca, ma deklinacje - 23°26‘. Z wzoru na wysokość górowania: hg = 90° – φ + δ = 0 wynika że w tym dniu na szerokości 66°34‘ Słońce jest gwiazdą nie wschodzącą (obserwujemy zjawisko nocy polarnej). W dniu 21 czerwca Słońce jest gwiazdą niezachodzącą (dzień polarny) hd = φ + δ – 90° = 0 Graniczny równoleżnik o szerokości 66°34‘ (koło podbiegunowe) wyznacza klimatyczną strefę polarną.

Jeśli dzień (lub noc) trwa przynajmniej jedną dobę, mówimy o dniu (nocy) polarnym(-nej). Warunek na dzień polarny dla półkuli północnej ma postać: φ + δ  - 90° > -0° ( z uwzględnieniem refrakcji φ + δ  - 90° > -0°51’) Źródło: APOD Dzień/noc polarna

Strefa polarna Strefy polarne oddzielone są od stref umiarkowanych kołami podbiegunowymi – równoleżnikami o szerokościach 66°34‘ i −66°34'. Począwszy od kół podbiegunowych rozpoczynają się zjawiska dni i nocy polarnych. Słońce jest tam w pewnych okresach gwiazdą nie zachodzącą, a w innych gwiazdą nie wschodzącą.

Dzień przesilenia zimowego (21.12) – Słońce w punkcie Koziorożca. Koło podbiegunowe północne – noc polarna Zwrotnik Koziorożca – Słońce w Zenicie Koło podbiegunowe południowe – dzień polarny

Ruch dobowy Słońca dla szerokości 0° (równik).

Pory roku Pory roku są również skutkiem widomego ruchu rocznego Słońca po ekliptyce nachylonej pod kątem 23°23’ do równika. Gdyby ekliptyka leżała w tej samej płaszczyźnie co równik ziemski, nasłonecznienie poszczególnych rejonów byłoby ciągle takie samo i nie obserwowalibyśmy zmian pór roku.

Pory roku Gdy Słońce przemierza drogę od punktu Barana (p. równonocy) do Raka (p. przesilenia) na północnej półkuli panuje wiosna, a na południowej jesień. Deklinacja Słońca osiąga wartości 0° < δ <23°26'. Pory roku identyfikujemy z sezonami, w czasie których Słońce przemierza kolejne 90 stopniowe łuki ekliptyki, leżące między jej czterema punktami kardynalnymi.

Pory roku Podczas wędrówki Słońca od punktu Raka do punktu Wagi (p. równonocy) na półkuli północnej jest lato, a na południowej zima. Ziemia przechodzi wówczas przez najodleglejszy punkt swojej orbity - aphelium (A). Deklinacja Słońca zmienia się w tym czasie od +23°26' > δ > 0°.

Pory roku Gdy Słońce przemierza drogę od punktu Wagi (p. równonocy) do Koziorożca (p. przesilenia) na północnej półkuli panuje jesień, a na południowej wiosna. Deklinacja Słońca osiąga wartości ujemne 0° > δ > −23°26'.

Pory roku Ostatni łuk przebiega Słońce od punktu Koziorożca do punktu Barana, wtedy na północnej półkuli jest zima, a na południowej lato. Ziemia w tym czasie znajduje się najbliżej Słońca, przechodzi przez perihelium (P). Deklinacja Słońca zaczyna rosnąć od −23°26' < δ < 0 °.

Półkula Pn.Długość Wiosna92d Lato93d Jesień89d Zima89d Astronomiczne pory roku mają różne długości …... przyczyną tego jest eliptyczność orbity Ziemi.

Różnica w długości poszczególnych pór roku może dochodzić do 4 dni. Na półkuli północnej dłuższe są wiosna i lato. W momencie ich trwania Ziemia znajduje się w aphelium - najdalszym punkcie swojej orbity. Wtedy porusza się najwolniej po swojej orbicie (29,3 km/s). Odwrotnie w przypadku jesieni i zimy. Ziemia przechodzi wówczas przez perihelium i porusza się najszybciej (30,3 km/s).

Głównymi czynnikami wpływającymi na nagrzanie gruntu i powietrza (a więc na średnią temperaturę ) są zmieniające się okresowo w ciągu roku: długość dnia; wysokość Słońca w południe, wpływająca na kąt padania promieni świetlnych.

Długość dnia

Wskutek rozpraszania światła słonecznego w atmosferze, przejście nocy w dzień i odwrotnie jest stopniowe: mówimy o zjawiskach zmierzchu i świtu. Zmierz rozpoczyna się w momencie zachodu Słońca (gdy dolny brzeg tarczy słonecznej dotyka horyzontu) Świt kończy się w momencie wschodu Słońca (gdy Słońce górnym brzegiem 'dotyka' horyzontu). Rozróżnia się tradycyjnie trzy rodzaje zmierzchów/świtów: 1. Zmierzch/świt cywilny: -6° < h  < 0°. 2. Zmierzch/świt żeglarski: -12° < h  < 0°. 3. Zmierzch/świt astronomiczny: -18° < h  < 0°. W czasie przesilenia letniego (δ  = ε = 23,5°) dla Poznania (φ ≈ 52°), minimalna wysokość Słońca h ,min ≈ φ + δ  - 90° = -14,5°. To oznacza, że nie ma wtedy nocy astronomicznej. Zmierzchy i świty

Wskutek rozpraszania światła słonecznego w atmosferze, przejście nocy w dzień i odwrotnie jest stopniowe: mówimy o zjawiskach: zmierzchu i świtu. Zmierz rozpoczyna się w momencie zachodu Słońca (gdy dolny brzeg tarczy słonecznej dotyka horyzontu). Świt kończy się w momencie wschodu Słońca (gdy Słońce górnym brzegiem 'dotyka' horyzontu). Rozróżnia się tradycyjnie trzy rodzaje zmierzchów/świtów: 1. Zmierzch/świt cywilny: -6° < h  < 0°. 2. Zmierzch/świt żeglarski: -12° < h  < 0°. 3. Zmierzch/świt astronomiczny: -18° < h  < 0°. Gdy zmierzch przechodzi bezpośrednio w świt mamy do czynienia ze zjawiskiem białej nocy Zmierzchy i świty

Zmierzch cywilny Kończy się w momencie gdy wysokość środka tarczy słonecznej, bez uwzględniania refrakcji wynosi h= - 6 ° W czasie trwania zmierzchu cywilnego udaje się bez trudu czytanie drobnego druku, o ile niebo jest pogodne i znajdujemy się na zewnątrz pomieszczeń zamkniętych. Pod koniec trwania zmierzchu cywilnego zaczynamy odczuwać potrzebę włączenia świateł pozycyjnych w ruchu drogowym pojazdów, ale nie odczuwamy potrzeby oświetlania drogi.

Zmierzch żeglarski (nawigacyjny) Trwa po zakończeniu zmierzchu cywilnego i kończy się gdy h = -12 ⁰ W ruchu na morzu przestaje być widoczny wschodni horyzont, w ruchu lądowym tę fazę zmierzchu nazywamy potocznie zmrokiem i odczuwamy wyraźną potrzebę oświetlenia drogi.

Zmierzch żeglarski (nawigacyjny) Trwa po zakończeniu zmierzchu cywilnego i kończy się gdy h = -12 ⁰ W ruchu na morzu przestaje być widoczny wschodni horyzont, w ruchu lądowym tę fazę zmierzchu nazywamy potocznie zmrokiem i odczuwamy wyraźną potrzebę oświetlenia drogi.

Zmierzch Astronomiczny Trwa po zakończeniu zmierzchu nawigacyjnego i kończy się w momencie gdy h = - 18 ⁰ Oświetlenie dawane przez pogodne niebo i górne warstwy atmosfery rozpraszające promienie ukrytego pod horyzontem Słońca jest słabsze od światła dawanego przez gwiazdy. W momencie końca zmierzchu astronomicznego zapada dopiero zupełna noc. W czasie przesilenia letniego w Poznaniu wysokość Słońca h= - 14,5 ⁰. W okresie od ok. 20 V do 20VII nie ma w Poznaniu nocy astronomicznej.