Зимой солнце находится довольно низко в небе. Это связано с направлением земной оси в небе - она отклоняется назад, в сторону от солнца. Эта статья была первоначально написана в 2015 году. Она была обновлена с учетом последней информации.
1. Когда именно будет зимнее солнцестояние в 2020 году?
Практически прямо сейчас. Зимнее солнцестояние всегда происходит, когда солнце находится прямо на вершине тропика Козерога, то есть в 5:02 утра по восточному времени 21 декабря. В зависимости от того, когда именно наступает этот особый момент, солнцестояние может быть разделено на два отдельных дня для различных часовых поясов северного полушария. Но в этом году мы все на одной волне.
2. Что такое солнцестояние?
Это точный момент, когда северный полюс планеты направлен наиболее прямо от Солнца. Земная ось - линия, вокруг которой вращается планета, - всегда направлена на фиксированную точку в пространстве, расположенную очень близко к Полярной звезде. Когда Земля совершает свой годовой оборот, ось иногда наклоняется к Солнцу, иногда отклоняется от него, а все остальное время находится где-то посередине. Летнее солнцестояние - это когда ось направлена к Солнцу, зимнее солнцестояние - когда она направлена от него.
Положение Земли в пространстве относительно солнечных лучей определяет время года. Кэти Пик / Популярная наука3. Что же это означает здесь, на Земле?
Когда ось отклоняется от Солнца, точка на поверхности Земли проводит больше времени в темноте, чем на свету. А когда ось наклоняется к Солнцу - как в настоящее время в южном полушарии - точка на земном шаре проводит больше времени на свету, чем в темноте. В день солнцестояния этот эффект наиболее силен.
Итак, сегодня самый короткий день в году в северном полушарии, а сегодня будет самая длинная ночь.
Когда земная ось отклоняется от Солнца, точка на земном шаре будет проходить через точку заката до 18:00. Если ось отклоняется в сторону (здесь южное полушарие), солнце зайдет после 18:00. Кэти Пик / Popular Science4. Объясняют ли эти более короткие дни, почему зима холодная? Потому что меньше часов солнечного света?
Частично. Но более важная причина связана с углом падения солнечного света. Зимой солнце весь день находится довольно низко в небе, поэтому солнечные лучи менее интенсивны. Они падают на землю под более ослепительным углом, чем летом. Это означает, что то же количество солнечного света распределяется на большую площадь. Менее интенсивный солнечный свет означает меньше тепла. Поэтому становится холоднее.
Зимой то же количество света распределяется на большую площадь. Это означает, что мы получаем меньше солнечного тепла, а это делает зиму холодной. Кэти Пик / Popular Science5. Итак, если сегодня самая длинная ночь в году, то завтра солнце зайдет позже, чем сегодня, верно?
Технически - да. Если не слишком внимательно изучать данные, то самая длинная ночь в году - это когда солнце садится в самый ранний момент и встает в самый поздний момент. Но на самом деле все немного (хорошо, много) сложнее. Орбита Земли вокруг Солнца не является идеальным кругом, поэтому ни самый ранний закат, ни самый поздний восход солнца не приходятся на солнцестояние. О причинах этого мы расскажем чуть позже.
Во-первых, с практической точки зрения, солнце зашло в самое раннее время несколько недель назад (точная дата зависит от вашего местоположения), а сумерки уже давно наступают позже. Ух ты! А вот со временем восхода все наоборот: Самый поздний восход Солнца не наступит еще несколько недель. Это будет в начале января, прежде чем время восхода солнца снова начнет смещаться раньше.
Если вы хотите посмотреть полный список времени восхода и захода Солнца для вашего местоположения, калькулятор Военно-морской обсерватории США - это инструмент, который используют астрономы для поиска таких данных. Введите свой штат и город (или широту и долготу для жителей других штатов), и вы увидите время захода и восхода Солнца за весь год, причем самый ранний заход Солнца был в первой половине декабря.
После того как вы убедились, что эффект реален, давайте разберемся, почему. По сути, это происходит потому, что орбита Земли представляет собой эллипс, а не круг. Для того чтобы понять, как именно это происходит, необходимы некоторые тонкие эффекты небесной механики - в частности, аналемма, восьмерка, которая появляется на небе, если сфотографировать солнце в одно и то же время каждый день в течение года. Вот небольшая анимация, показывающая небо в одно и то же время каждый день в течение одного года:
Движение Солнца вдоль аналеммы означает, что самый ранний закат в году на самом деле происходит за пару недель до солнцестояния. Кэти Пик / Популярная наукаЕсли бы орбита Земли представляла собой идеальный круг, Солнце просто двигалось бы вперед и назад по одной линии в небе. Но на эллиптической орбите оно немного ускоряется в январе, когда Земля ближе всего к Солнцу, и немного замедляется в июле, когда мы дальше всего. И эти различия в скорости означают, что Солнце делает восьмерку.
Аналемма влияет на время восхода и захода солнца. В день солнцестояния солнце находится немного западнее того места, где оно было бы, если бы орбита Земли была круговой, поэтому оно заходит немного раньше. Через несколько недель после солнцестояния солнце переходит на другую сторону восьмерки аналеммы, и заходит немного позже, чем если бы орбита Земли была круговой. Это означает, что в день солнцестояния и закат, и восход солнца наступают на несколько минут раньше, чем если бы орбита была круговой, а в начале января - на несколько минут позже, чем если бы орбита была круговой. Если смешать эти два эффекта вместе - солнцестояние и аналемму - время захода Солнца наступает раньше всего за несколько недель до солнцестояния, а время восхода - через несколько недель после него.
Разве вы не рады, что спросили?