Зміна пір року

Рівнодення і сонцестояння. Обертаючись навколо своєї осі, Земля в той же час зі швидкістю 30 км / с рухається навколо Сонця. При цьому уявна вісь добового обертання планети не змінює свого напрямку в просторі, а переноситься паралельно самій собі. Тому величина відмінювання Сонця протягом року безперервно (і до того ж з різною швидкістю!) Змінюється. Так, 21 (22) грудня воно має найменше значення = -23 ° 27, через три місяці, 20 (21) березня = 0 °, далі 21 (22) червня воно досягає найбільшого значення = + 23 ° 27, 22 (23) вересня знову стає рівним нулю, після чого до 21 грудня схиляння Сонця безперервно зменшується. Але навесні і восени швидкість зміни досить велика, тоді як в червні і грудні вона набагато менше. Конкретно, за п`ять днів - з 21 по 26 березня (як і з 16 по 21) схиляння Сонця зросте на 2 °, а за 10 днів - майже на 4 ° (т. Е. За десять днів Сонце «встигає» піднятися над небесним екватором «вгору» на вісім своїх кутових діаметрів!), а ось близько 22 червня (як і в грудні) за п`ять діб схиляння Сонця змінюється всього на 5, а на 4 ° лише за 35 діб. Це створює враження деякої «стояння» Сонця влітку і взимку на певній відстані від небесного екватора протягом декількох діб. Тому 21-22 грудня в північній півкулі висота Сонця над горизонтом у верхній його кульмінації буває наіменьшей- цей день в році є найбільш коротким, за ним слід найдовша в році ніч зимового сонцестояння. Навпаки, влітку, 21 або 22 червня, висота Сонця над горизонтом у верхній кульмінації. найбільша, цей день літнього сонцестояння має найбільшу тривалість. 20 або 21 березня настає весняне рівнодення (Сонце в своєму видимому річному русі проходить через точку весняного рівнодення з південної півкулі в північну), а 22 або 23 вересня-осіннє рівнодення. У ці дати тривалість дня і ночі зрівнюється (рис.).

Відео: Зміна пір року російську мову

Мал. Видимий рух Сонця на небі в дні сонцестоянь і рівнодень »

Зокрема, на широті 50 ° висота Сонця над горизонтом у верхній кульмінації дорівнює: 22 грудень 16 °, 5, 21 березня і 23 вересня 40 °, 22 червня 63 °, 5. Відповідно змінюється протягом року і величина азимута точки сходу (і заходу) Сонця. Так, на тій же широті азимут точки сходу Сонця 22 грудня, 21 березня (і 22 вересня) і 22 червня дорівнює відповідно: -54 °, -92 ° і -129 °. Іншими словами, протягом року точка сходу (і заходу) Сонця пересувається уздовж горизонту на кут 129 ° -54 ° = 75 °.

Під впливом тяжіння, що діє на Землю з боку інших планет, параметри орбіти Землі, зокрема її нахил до площини небесного екватора , змінюються: площину земної орбіти як би «похитується» і протягом мільйонів років величина е коливається близько свого середнього значення. Так, з розрахунків слід, що в 4000 р. До н.е. е. кут е був дещо більшим і досягав величини = 24 ° 13. Тому висота Сонця у верхній кульмінації в той час була на 46 більше, ніж в наші дні. У свою чергу точка сходу сонця на горизонті розташовувалася тоді «лівіше», а точка заходу «правіше», ніж це фіксує спостерігач сьогодні. Ця обставина, безумовно, слід брати до уваги при вивченні древніх орієнтирів, які, як передбачається, могли вказувати древнім жителям Землі напрямки азимутів сходу і заходу Сонця в дні сонцестоянь.

І ще одне зауваження. Земля обертається навколо Сонця по еліптичній орбіті, і тому її відстань від нього протягом року дещо змінюється. Найближче до Сонця наша планета (в даний час!) Буває 2-5 січня, в цей час швидкість її руху по орбіті є найбільшою. Тому тривалість сезонів року неоднакова: весни - 92 дня, літа - 94 дня, осені - 90 і зими - 89 днів для північної півкулі. Весна і літо (число днів, що минули від моменту переходу Сонця через точку весняного рівнодення до його переходу через точку осіннього рівнодення) в північній півкулі тривають 186 днів, тоді як осінь і зима - 179. Кілька тисяч років тому «витягнутість» еліпса земної орбіти була меншою, тому меншою була і різниця між згаданими проміжками часу. До того ж, наприклад, в 4000 р. До н.е. е. своє найближче відстань до Сонця Земля проходила дещо раніше - приблизно 24-27 вересня.

У зв`язку зі зміною висоти Сонця над горизонтом відбувається закономірна зміна пір року (рис.).

Мал. Рух Землі навколо Сонця і зміна пір року

Холодна зима з її лютими морозами, довгими ночами і короткими днями змінюється квітучою весною, потім щедрим врожайним влітку, за яким йде осінь з її золотавими фарбами і ... затяжними дощами.

Зоряний рік. Зіставляючи вид зоряного неба відразу після заходу Сонця день від дня протягом декількох тижнів, можна помітити, що видиме положення Сонця по відношенню до зірок безперервно змінюється: Сонце пересувається із заходу на схід і на протязі кожних 365,256360 діб робить на небі повне коло , повертаючись до тієї-ж зірці. Цей проміжок часу називається зоряним роком.

Зодіакальні сузір`я. Для кращої орієнтації в безмежному зоряному океані астрономи розділили небо на 88 окремих майданчиків - сузір`їв. За 12 сузір`їв, які називаються зодіакальними (від грецького слова «зоон» - тварина, так як стародавні люди дали їм переважно імена тварин), і проходить Сонце протягом року. Тривалість перебування Сонця в кожному з зодіакальних сузір`їв в сучасну епоху за григоріанським календарем вказана в табл.

Таблиця. Видимий рух сонця по зодіакальним сузір`ям

Примітка. З 30 листопада по 18 грудня Сонце перебуває в сузір`ї Змієносця, яке в число зодіакальних не включене.

"Знаки зодіаку". У минулому, років 2000 назад, та й в середньовіччі для зручності у відліку положення Сонця на екліптиці, вона була розділена на 12 рівних частин по 30 ° в кожній. Кожну дугу в 30 ° було прийнято позначати знаком того зодіакального сузір`я, через яке в тому чи іншому місяці проходило Сонце. Так на небі з`явилися «знаки Зодіаку». За початок відліку була прийнята точка весняного рівнодення, що знаходилася на початку н. е. в сузір`ї Овна. Відрахувати від неї дуга довжиною 30 ° позначалася знаком ¡- ( «Баранячі роги»). Далі Сонце проходило через сузір`я Тільця, тому дуга екліптики від 30 до 60 ° позначалася «знаком Тельця» і т. Д. Розрахунки положення Сонця,

Місяця і планет в «знаках Зодіаку», т. Е. Фактично на певних кутових відстанях від точки весняного рівнодення, проводилися протягом багатьох століть для складання гороскопів.

До нашого часу через прецесії відбувся зсув точки весняного рівнодення із сузір`я Овна в сузір`я Риб (переміщення точки на ¡- 1 ° за кожні 72 роки за 2000 років дає майже 30 °, т. Е. Величину дуги, приписується одному знаку Зодіаку!). Але, віддаючи данину традиції, подекуди і тепер ще кажуть, що Сонце з 22 березня по 20 квітня перебуває у знаку Овна, з 21 квітня по 21 травня - в знаку Тельця і т. Д. Насправді ж воно в цей час проходить відповідно через сузір`я Риб і Овна.

Сказане може бути ще одним свідченням абсурдності розрахунку гороскопів в наш час.

Характерні сходи й заходи зірок. Завдяки безперервному переміщенню диска Сонця на небесній сфері з заходу на схід вид зоряного неба від вечора до вечора хоча і повільно, але безперервно змінюється. Так, якщо в певну пору року якесь сузір`я зодіаку через годину після заходу Сонця видно в південній частині неба (скажімо, проходить через небесний меридіан), то завдяки зазначеному руху Сонця в кожний наступний вечір це сузір`я буде проходити через меридіан на чотири хвилини раніше , ніж в попередній. До моменту ж заходу Сонця воно буде все більше пересуватися в західну частину неба. Приблизно через три місяці це зодіакальне сузір`я вже сховається в променях вечірньої зорі, а через 10-20 днів воно буде видно вже вранці перед сходом Сонця в східній частині небосхилу. Приблизно так само поводяться і інші заходять сузір`я і окремі зірки. При цьому зміна умов їх видимості істотно залежить від географічної широти спостерігача і схиляння світила , зокрема від його відстані від екліптики. Так, якщо зірки зодіакального сузір`я досить віддалені від екліптики, то вранці вони видно навіть раніше, ніж припиняється їх вечірня видимість.

Перша поява зірки в променях ранкової зорі (т. Е. Перший ранковий схід зірки) називається її геліакіческіе (від грецького «Геліос» - Сонце) сходом. З кожним наступним днем ця зірка встигає піднятися над горизонтом все вище: адже Сонце продовжує своє річне рух по небу. Через три місяці до моменту. сходу сонця ця зірка разом зі «своїм» сузір`ям вже проходить меридіан (у верхній кульмінації), а ще через три місяці буде ховатися за горизонтом на заході.

Захід зірки в променях ранкової зорі, що відбувається лише раз на рік (ранковий візит), прийнято називати її космічним ( «космос» - «прикраса») заходом. Далі, схід зірки над горизонтом на сході при заході Сонця (схід у променях вечірньої зорі) називається її акроніческім сходом (від грецького «Акрос» - висшій- мабуть, малося на увазі найбільш віддалене від Сонця положення). І, нарешті, захід зірки в променях вечірньої зорі прийнято називати геліакіческіе заходом.

Дати вечірніх і ранкових сходів і заходів деяких зірок для спостерігача, що знаходиться на широті = 50 °, наведені в табл. Слід, однак, мати на увазі, що ці дати лише орієнтовними. Вони відповідають сходу (заходу) зірки на момент кінця вечірніх (або початку ранкових) цивільних сутінків.

Таблиця: Дати сходу і заходу зірок на географічній шіроте = 50 °

Насправді ж умови видимості зірок різної зоряної величини (різного блиску) неоднакові. Тому в астрономії є поняття дуги видимості - найменшою «глибини» Сонця під горизонтом (його висоти h lt ;. 0), починаючи з якої та чи інша зірка стає помітною на небосхилі. Зокрема, для Сіріуса, Регула і Плеяд величина h має відповідно значення -10 °, -12 ° і -15 °. Тому в останні 2-3 дня близько зазначеного в табл. межі зірки на кінець цивільних сутінків хоча і будуть ще над горизонтом, помітити їх вже вкрай важко.

Тропічний рік. Повернемося ще раз до питання про рух. Сонця по екліптиці. 20 (або 21) березня центр диска Сонця перетинає небесний екватор, переходячи з південної півкулі небесної сфери в північне. Точка перетину небесного екватора з екліптикою - точка весняного рівнодення перебуває в наш час в сузір`ї Риб. На небі вона не «відзначена» будь-якої яскравою зіркою, її місцезнаходження на небесній сфері астрономи встановлюють з досить високою точністю за спостереженнями близьких до неї «опорних» зірок.

Проміжок часу між двома послідовними проходженнями центру диска Сонця через точку весняного рівнодення називається істинним, або тропічним роком. Тривалість його дорівнює 365,2421988 діб або ж 365 днів 5 годин 48 хвилин і 46 секунд. Приймається, що і середнє сонце за той же час повертається до точки весняного рівнодення.

Бесселя рік. Тривалість нашого календарного року неоднакова: він містить то 365, то 366 днів. Тим часом астрономи відраховують тропічні роки однаковою тривалості. За пропозицією німецького астронома Ф. В. Бесселя (1784- 1846) за початок астрономічного (тропічного) року приймають момент, коли пряме сходження середнього екваторіального сонця дорівнює 18^h40^m. Наприклад, в 1980 р Бесселя рік почався в момент 1 січня, 4 ч 32 хв, в 1983 р.- 31 грудня ( «0 січня») в 21 ч 58 хв всесвітнього часу.

Прецессия. Тривалість тропічного року на 20 хв 24 с коротше зоряного року. Це пов`язано з тим, що точка весняного рівнодення зі швидкістю 50", 2 в рік переміщається по екліптиці назустріч річному рухові Сонця. Це явище було відкрито ще давньогрецьким астрономом Гиппархом у II ст. до н. е. і названо прецессией, або попереджанням рівнодення. За 72 роки точка весняного рівнодення зміщується по екліптиці на 1 °, за 1000 років - на 14 ° і т. Д. Приблизно за 26 000 років вона зробить повний круг на небесній сфері. У минулому ж, близько 4000 років тому, точка весняного рівнодення знаходилася в сузір`ї Тельця недалеко від зоряного скупчення Плеяд, літній же сонцестояння в цей час наставав в момент проходження Сонця через сузір`я Лева недалеко від зірки Регул (рис.).

Мал. Положення небесного екватора і точки весняного рівнодення серед зірок в 4000 р. До н.е. е.

Явище прецесії виникає тому, що форма Землі відрізняється від сферичної (наша планета як би сплюснута біля полюсів). Під дією тяжіння Сонцем і Місяцем різних частин «сплюсненої» Землі вісь її добового обертання описує

конус навколо перпендикуляра до площини екліптики. В результаті полюси світу переміщаються серед зірок по малим колам з радіусами близько 23 ° 27 (рис.). Одночасно зміщується на небесній сфері і вся сітка екваторіальних координат, а з нею і точка весняного рівнодення.

Внаслідок прецесії вид зоряного неба на певний день року повільно, але безперервно змінюється. Так, 4000 років тому центральне місце в південній частині вечірнього неба в момент весняного рівнодення займало сузір`я Лева, сузір`я Близнюків знаходилося тоді низько над горизонтом неподалік від точки заходу. Сонця. У наш же час навесні сузір`я Лева лише піднімається над горизонтом у східній частині неба, а сузір`я Близнюків красується на півдні ...

Зміна числа діб в році. Як показали проведені протягом багатьох десятків років спостереження кульмінацій зірок, обертання Землі навколо своєї осі поступово сповільнюється, хоча величина цього ефекту все ще відома з недостатньою точністю. Передбачається, що за останні дві тисячі років тривалість доби збільшувалася в середньому на 0,002 с в століття. Це, здавалося б, мізерно мала величина, накопичені, призводить до вельми помітних результатів. Через це, наприклад, будуть неточними розрахунки сонячних затемнень і умов їх видимості в минулому (скажімо, 1500-2000 років назад), якщо в якості розрахункової одиниці часу прийнята сьогоднішня довжина доби. Зокрема, за -2000 років в рахунку часу накопичиться різниця 1/2 * (0,04 + 0,00) * 365 * 2000 = 14 600 с = 4 години, так як 2000 років тому добу були коротше на 0,002 * 20 = 0 , 04 с.

Мал. 9. Переміщення Північного полюса світу серед зірок за 26000 років. Переривчастою лінією показано зміщення полюса екліптики

Тут доречно провести аналогію з двома бігунами, які до фінішу прийшли одночасно і з однаковими швидкостями, але один з яких без зазору, другий же поступово уповільнював свій біг. Зрозуміло, що цей другий бігун за однаковий з першим інтервал часу пробіг більшу відстань, тобто стартував з більш віддаленого пункту. Як цей другий бігун, і наша Земля розкручується з сповільнення кутовий швидкістю. У порівнянні з деякими уявним еталоном, що обертається з постійною швидкістю, за певний проміжок часу Земля повернулась на більший кут.

Тому, зокрема, затемнення, що сталося 2000 років тому, насправді спостерігалося на чотири години раніше, а його смуга на поверхні Землі була зміщена приблизно на 60 ° на схід, ніж це випливає з проведених нині розрахунків, в яких в якості одиниці часу використовується тривалість сьогоднішньої доби. Так, якщо, згідно з розрахунком, затьмарення повинне було відбутися в Грінвічі рівно опівдні, то, оскільки Земля в минулому оберталася швидше, на цей момент фіктивного «сьогоднішнього» півдня Грінвіч тоді перебував ще на 60 ° на захід від смуги місячної тіні, а затемнення , з точки зору тодішнього спостерігача, відбулося о 8 годині ранку.

У зв`язку зі згаданим тут ефектом повільно, але неухильно зменшується кількість діб, укладаються в тропічному році. Цей ефект описують наближеною формулою С. Ньюкома

1 тропічний рік = 365,24219879 - +0,0000000614 (R- 1900),

де R - порядкове число року.

Зокрема, тропічний рік виявляється рівним

в 3000 р. до н.е. е. 365,242500 діб

1 м н. е. 365,242316 »

1900 »365,242199»

4000 "365,242070»

У наш час величина тропічного року зменшується кожне сторіччя на 0,54 с. За оцінками, мільярд років тому добу були на 4 години коротше, ніж сьогодні, а приблизно через 4,5 млрд. Років Земля буде робити все дев`ять обертів навколо своєї осі за рік ...