Pory roku i wysokość Słońca — geometria zamiast mitu o odległości

Potrzebne wiadomości: Kąty, szerokość geograficzna i obrót Ziemi.

Ta sama wiązka, inne oświetlenie

Przy niskim położeniu Słońca ta sama wiązka rozkłada się na większej powierzchni poziomej. Przy większej wysokości dostarcza więcej mocy na jednostkę tej powierzchni. Latem dochodzi dłuższy dzień. Nie znaczy to, że każdy letni dzień musi być cieplejszy od każdego zimowego: pogoda i bezwładność cieplna także mają znaczenie.

Wysokość podczas górowania

Oznaczmy szerokość geograficzną przez φ, a deklinację Słońca przez δ. Deklinacja to kąt od równika niebieskiego; północ przyjmujemy jako dodatnią. Geometryczna wysokość środka Słońca podczas górowania wynosi h=90^\circ-|\varphi-\delta|. Zależność mówi o lokalnym południu słonecznym, nie automatycznie o godzinie 12 na zegarku.

Dla φ=50° i δ=20° dostajemy h=60°. Przy δ=−20° mamy h=20°. Obserwator pozostaje w tym samym miejscu, ale kierunek na Słońce względem równika niebieskiego się zmienił. Jeśli obliczona wysokość jest ujemna, nawet górujące Słońce jest pod geometrycznym horyzontem.

Granice prostego modelu

Pomijamy refrakcję atmosferyczną i skończoną tarczę Słońca. Dlatego dzień i noc w równonoc nie muszą trwać w rzeczywistości dokładnie po 12 godzin. Nachylenie osi liczymy względem prostej prostopadłej do płaszczyzny orbity. Model pozwala wyjaśniać oświetlenie bez obserwowania Słońca przez teleskop; takich obserwacji bez przeznaczonego do nich zabezpieczenia nie wykonujemy.

Zadania do tego tematu

• Górowanie Słońca przy deklinacji dodatniej i ujemnej
• Planeta o osi prostopadłej do płaszczyzny kołowej orbity
• Czy odległość od Słońca wyjaśni przeciwne pory roku?
• Ujemna wysokość górowania i noc polarna

Dalsza lektura

Materiał referencyjny