Когда вы были в начальной школе, вам, вероятно доводилось смотреть на старинный глобус, который был изобретён задолго до Google Earth. Смотреть, и задаваться вопросом: а что это за странная фигура в виде восьмёрки видна на глобусе сбоку? Ваш учитель, скорее всего, понятия не имел о том, что это такое. И вы, вероятно, получили от него ответ вида: «это календарь».
Давайте же узнаем, что это на самом деле …
Эта загадочная восьмёрка на самом деле называется аналемма, и она отслеживает движение Солнца по небу в течение года. Вообще, измерение времени — это далеко не всегда измерение движения вперёд, как всем нам кажется. Наши современные календари и часы есть не что иное, как виды компромисса: мы находимся в постоянной битве за синхронизацию этих приборов с небесами.
На протяжении всей человеческой истории ежедневное течение времени определялось движением Солнца. Полдень наступает, когда Солнце достигает наивысшей точки над местным горизонтом, пересекая северный или южный меридиан. Проблема в том, что время прохождения Солнца по небосводу далеко не всегда соответствует времени одного оборота Земли вокруг этого светила, то есть оно не совпадает с 24-мя часами. В октябре Солнце достигает наивысшей точки над горизонтом на 16 минут раньше, в феврале на 12 минут позже.
И почему же надоедливая Вселенная никак не хочет оставаться постоянной?
А возникает такое расхождение из-за двух важных факторов: из-за эллиптической орбиты Земли, и из-за определённого угла, под которым ось нашей планеты наклонена к плоскости эклиптики. Из этих двух факторов первостепенную роль играет именно наклон оси планеты, а эллиптичность орбиты находится на втором плане. Если бы орбита Земли представляла собой идеальный круг, а её ось всегда была бы строго перпендикулярна плоскости орбиты, то не наблюдалось бы никаких сезонных расхождений во времени. Вот только ни одна из известных науке планет не находится в таких идеальных условиях.
Поскольку Земля движется вокруг Солнца по эллипсу, то скорость движения по орбите меняется. Скорость движения вокруг Солнца максимальна в январе, а медленнее всего Земля движется по орбите в Июле. Вот на этой анимации сравнивается движение по эллипсу и движение по кругу.
Теперь давайте посмотрим вблизи на эти орбиты.
На картинке ниже эллиптическая орбита наложена на круговую.
За сутки земля А (что движется по кругу) прошла небольшое расстояние и наблюдатель на ней смотрит на Солнце. Земля Б (движущаяся по эллипсу) прошла расстояние чуть большее вокруг Солнца. Но из-за того, что её орбитальная скорость больше, она не успела полностью повернуться вокруг себя. Это приводит к тому, что нас с вами покажется, что Солнце на небе находится чуть-чуть восточнее, чем вчера в то же самое время.
С каждым днём разница будет накапливаться, и Солнце будет сдвигаться по небу всё больше на восток. Далее, двигаясь по эллипсу, Земля дойдёт до своего «летнего» положения на орбите и её движение станет замедляться. Тогда Солнце на небе начнёт смещаться немного на запад.
В итоге получится, что если бы Земная ось не была наклонена, то вместо восьмёрки Солнце рисовало бы прямую.
Теперь давайте мысленно наклоним ось Земли. Для нас, сидящих на экваторе, это будет выглядеть так, как будто бы всё небо вместе с Солнцем сдвинулось вокруг Земли вниз (зимой для северного полушария) или вверх (летом для северного полушария). Для Южного полушария всё будет наоборот.
Эта фотография была сделана в Греции (то есть в северном полушарии). Значит, самая низкая часть аналеммы фотографировалась в конце декабря, а самая высокая – в июне.
Кстати, наклону земной оси мы обязаны сменами времён года. Летом Солнце поднимается высоко в небе и успевает сильнее прогреть воздух и землю. Зимой Солнце быстрее закатывается, поэтому температура становится ниже.
В случае если бы земная орбита была круговой, но ось вращение нашей планеты все же была наклонена к плоскости орбиты то, в указанных условиях наблюдений, Солнце на небесной сфере будет двигаться по линии к северу или к югу относительно небесного экватора в диапазоне от 230,45 с.ш. до 230,45 ю.ш. При этом оно будет строго повторять свою траекторию при перемещении, как в одну, так и в другую сторону.
Переменность скорости движения Земли по орбите отображается неравномерностью перемещения Солнца по эклиптике на небе (см. Уравнение времени). Поэтому Солнце к выбранному моменту наблюдения либо не достигает, либо минует некоторую особую точку и линия разворачивается в фигуру похожую на восьмерку. Особая точка, в которой Солнце оказывается два раза в год, располагается в месте соединения верхней и нижней части восьмерки — аналеммы. Это время приходится на середину апреля и самый конец августа каждого года. Время опоздания прибытия Солнца в «особую точку» в разные дни различно, но может достигать 14 минут 19 секунд, а время опережения — может достигать 16 минут 30 секунд. Это значит, что в угловой мере, ширина аналеммы на небе составляет 7,7 градуса.
На форму аналеммы влияет имеющийся между некоторыми важными календарными датами сдвиг. Земля проходит точку перигелия 2-го января и в это время скорость движения Солнца по эклиптике на небесной сфере максимальна, а точку афелия — 3-го июля скорость движения Солнца по эклиптике — минимальна. С другой стороны день зимнего солнцестояния приходится на 22 декабря, а день летнего солнцестояния приходится на 22 июня (см. Точки солнцестояния). В северном полушарии Земли на эти дни приходятся моменты, когда Солнце занимает свои самые низкое и высокое положения над горизонтом, соответственно. Одиннадцати суточный сдвиг между указанными двумя летними и двумя зимними датами определяет несимметричность восьмерки – аналеммы.
Ну и напоследок, несколько красивых картинок:
В данном случае 17 отдельных снимков были сделаны в 02:31 всемирного времени в 17 разных дней между 2 апреля и 16 сентября. Фотограф выбрал вид на восток, на восходящее над Каспийским морем Солнце. Фотографии сделаны в Азербайджане, с набережной в порту Баку.
Здесь показана аналемма с полным солнечным затмением. Фотографы назвали ее Тутулеммой, от турецкого слова, обозначающего затмение. Последовательность фотографий была получена в Турции начиная с 2005 года. Основной снимок последовательности был сделан во время полной фазы солнечного затмения в турецком городе Сиде 29-го марта 2006 года. Во время полной фазы была видна Венера, ее можно найти на картинке внизу справа.
Лунная аналемма
Особенности движения Луны позволяют создать изображение с кривой напоминающей аналемму, фотографируя её каждый день в течении лунного месяца. Фотографии были сделаны Ричи Ричансом на юге США. Самая южная правая точка соответствует восходу полной Луны, а самая левая верхняя точка — новолунию. Интересно, что снимки тонкого полумесяца делались в светлое время суток.
Марсианская аналемма
Комментариев нет:
Отправить комментарий