wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-08-09
Dlaczego zimą słońce wschodzi coraz później?

Dlaczego, mimo że od początku zimy dzień się wydłuża, to z początku słońce nadal wschodzi rano coraz później?

Odpowiada dr Weronika Śliwa z Nieba Kopernika.

Zastanówmy się – ile trwa dzień? Oczywiście – od wschodu do zachodu słońca. Najpierw wyobraźmy sobie układ najprostszy: pozbawioną atmosfery Ziemię krążącą wokół Słońca ze stałą prędkością po kolistej orbicie. W takim przybliżeniu długość ziemskiego dnia zależy wyłącznie od pory roku i szerokości geograficznej miejsca obserwacji (niewielki efekt wysokości miejsca obserwacji nad poziomem morza również pomińmy). Tylko na równiku każdego dnia w roku dzień i noc trwają tyle samo czasu. Na pozostałych obszarach zdarza się to dwa razy w roku: w dni równonocy jesiennej i wiosennej. Od pierwszego dnia wiosny do pierwszego dnia jesieni dzień jest dłuższy od nocy: przez resztę roku wygrywa noc. Efekt ten jest tym silniejszy, im bliżej biegunów się znajdujemy: na samym biegunie dzień i noc polarna trwają po pół roku.

Ten prosty obraz szybko się jednak komplikuje. Po pierwsze, Słońce nie jest obiektem punktowym: jego średnica kątowa wynosi około 0,5°. Wschód w rzeczywistości następuje wtedy, gdy nad horyzontem pojawi się górna część tarczy słonecznej, zachód – gdy wierzchołek Słońca zniknie pod horyzontem. Dodatkowy problem stwarza zjawisko refrakcji: załamania światła w ziemskiej atmosferze. Pod jego wpływem obrazy ciał niebieskich nieco się unoszą: widzimy na przykład zachodzące słońce, pomimo że z obliczeń jego ruchu wynikałoby, że powinno się już schować pod horyzontem. Gdyby pozbawić Ziemię atmosfery, rzeczywiście nie byłoby już widoczne. Z obu wymienionych powodów pierwszego dnia wiosny dzień nie trwa w Polsce dokładnie 12 godzin, lecz około 12h i 15 min, a noc jest odpowiednio krótsza. Podobnie, na biegunach dzień polarny zaczyna się o około dwie doby wcześniej i kończy o dwie doby później, niż działoby się to, gdyby Ziemi nie otulała atmosfera.

Oczywiście, gdy słońce zajdzie, nie do razu robi się ciemno, lecz zaczyna się zmierzch: najpierw tzw. cywilny, trwający do chwili, gdy znajdzie się ono 6° pod horyzontem. Gdy nasza gwiazda dosięgnie 12° pod horyzontem, kończy się zmierzch nawigacyjny, którego nazwa wynika stąd, że w chwili jego zakończenia nie można już odróżnić linii horyzontu od powierzchni wody. Jednak dopiero, gdy Słońce znajdzie się 18° pod horyzontem, kończy się zmierzch astronomiczny i obserwatorzy mogą w pełni wykorzystywać ciemne nocne niebo. Niestety, w naszych szerokościach geograficznych od końca maja do końca lipca noc astronomiczna w ogóle zanika, gdyż Słońce nie zanurza się na głębokość 18° pod horyzont.

Ile jednak trwa cała doba? Aby uniknąć zamieszania związanego ze zmieniającymi się porami wschodu i zachodu słońca skoncentrujmy się na odstępie czasu między dwoma kolejnymi momentami, w których Słońce znajduje się najwyżej na niebie – prawdziwymi południami słonecznymi. Czy zawsze dzielą je 24 godziny?

Nie podważyliśmy jeszcze założenia o Ziemi obiegającej Słońce jednostajnie, po kolistej orbicie. W rzeczywistości orbita ta jest elipsą, a Ziemia porusza się po niej raz szybciej, raz wolniej. Oznacza to, że obserwowane z powierzchni Ziemi Słońce nie porusza się w ciągu roku po niebie ze stałą prędkością, lecz przyśpiesza i zwalnia. W dodatku nasza gwiazda wędruje po niebie wzdłuż ekliptyki, która jest nachylona do równika niebieskiego pod sporym kątem, 23,5°. Z obu tych przyczyn odstęp czasu między kolejnymi południami słonecznymi w ciągu roku się zmienia. Różnica pomiędzy południem prawdziwym a średnim wynosi 0 minut około 16 kwietnia, 15 czerwca, 1 września i 25 grudnia, ale koło 3 listopada sięga 16 min, a 12 lutego – 14,5 min. Tak więc na godzinę wschodu Słońca mają wpływ oba zjawiska: zmieniająca się długość dnia oraz zmieniająca się długość doby słonecznej. Połączenie tych czynników sprawia, że choć od przesilenia zimowego długość dnia rośnie, to początkowo obserwujemy to jako przesunięcie godziny zachodu słońca bez przyśpieszenia pory jego wschodu – dnia przybywa równo, ale w stosunku do przesuwającego się południa słonecznego prawdziwego, a nie godziny 12 na zegarze. Może więc przez kilka dni warto jeszcze pospać trochę dłużej?

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 03/2012 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
24
W 1859 r. Karol Darwin opublikował dzieło O powstaniu gatunków na drodze doboru naturalnego.
Warto przeczytać
Historia Polski pełna jest mitów, półprawd, przemilczeń i niedomówień. Różne jej wątki bywały w ciągu wieków retuszowane, poprawiane i wygładzane, by w końcu przybrać postać miłej dla ucha opowieści – stawały się narodowymi mitami.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-08-09
Dlaczego zimą słońce wschodzi coraz później?

Dlaczego, mimo że od początku zimy dzień się wydłuża, to z początku słońce nadal wschodzi rano coraz później?

Odpowiada dr Weronika Śliwa z Nieba Kopernika.

Zastanówmy się – ile trwa dzień? Oczywiście – od wschodu do zachodu słońca. Najpierw wyobraźmy sobie układ najprostszy: pozbawioną atmosfery Ziemię krążącą wokół Słońca ze stałą prędkością po kolistej orbicie. W takim przybliżeniu długość ziemskiego dnia zależy wyłącznie od pory roku i szerokości geograficznej miejsca obserwacji (niewielki efekt wysokości miejsca obserwacji nad poziomem morza również pomińmy). Tylko na równiku każdego dnia w roku dzień i noc trwają tyle samo czasu. Na pozostałych obszarach zdarza się to dwa razy w roku: w dni równonocy jesiennej i wiosennej. Od pierwszego dnia wiosny do pierwszego dnia jesieni dzień jest dłuższy od nocy: przez resztę roku wygrywa noc. Efekt ten jest tym silniejszy, im bliżej biegunów się znajdujemy: na samym biegunie dzień i noc polarna trwają po pół roku.

Ten prosty obraz szybko się jednak komplikuje. Po pierwsze, Słońce nie jest obiektem punktowym: jego średnica kątowa wynosi około 0,5°. Wschód w rzeczywistości następuje wtedy, gdy nad horyzontem pojawi się górna część tarczy słonecznej, zachód – gdy wierzchołek Słońca zniknie pod horyzontem. Dodatkowy problem stwarza zjawisko refrakcji: załamania światła w ziemskiej atmosferze. Pod jego wpływem obrazy ciał niebieskich nieco się unoszą: widzimy na przykład zachodzące słońce, pomimo że z obliczeń jego ruchu wynikałoby, że powinno się już schować pod horyzontem. Gdyby pozbawić Ziemię atmosfery, rzeczywiście nie byłoby już widoczne. Z obu wymienionych powodów pierwszego dnia wiosny dzień nie trwa w Polsce dokładnie 12 godzin, lecz około 12h i 15 min, a noc jest odpowiednio krótsza. Podobnie, na biegunach dzień polarny zaczyna się o około dwie doby wcześniej i kończy o dwie doby później, niż działoby się to, gdyby Ziemi nie otulała atmosfera.

Oczywiście, gdy słońce zajdzie, nie do razu robi się ciemno, lecz zaczyna się zmierzch: najpierw tzw. cywilny, trwający do chwili, gdy znajdzie się ono 6° pod horyzontem. Gdy nasza gwiazda dosięgnie 12° pod horyzontem, kończy się zmierzch nawigacyjny, którego nazwa wynika stąd, że w chwili jego zakończenia nie można już odróżnić linii horyzontu od powierzchni wody. Jednak dopiero, gdy Słońce znajdzie się 18° pod horyzontem, kończy się zmierzch astronomiczny i obserwatorzy mogą w pełni wykorzystywać ciemne nocne niebo. Niestety, w naszych szerokościach geograficznych od końca maja do końca lipca noc astronomiczna w ogóle zanika, gdyż Słońce nie zanurza się na głębokość 18° pod horyzont.

Ile jednak trwa cała doba? Aby uniknąć zamieszania związanego ze zmieniającymi się porami wschodu i zachodu słońca skoncentrujmy się na odstępie czasu między dwoma kolejnymi momentami, w których Słońce znajduje się najwyżej na niebie – prawdziwymi południami słonecznymi. Czy zawsze dzielą je 24 godziny?

Nie podważyliśmy jeszcze założenia o Ziemi obiegającej Słońce jednostajnie, po kolistej orbicie. W rzeczywistości orbita ta jest elipsą, a Ziemia porusza się po niej raz szybciej, raz wolniej. Oznacza to, że obserwowane z powierzchni Ziemi Słońce nie porusza się w ciągu roku po niebie ze stałą prędkością, lecz przyśpiesza i zwalnia. W dodatku nasza gwiazda wędruje po niebie wzdłuż ekliptyki, która jest nachylona do równika niebieskiego pod sporym kątem, 23,5°. Z obu tych przyczyn odstęp czasu między kolejnymi południami słonecznymi w ciągu roku się zmienia. Różnica pomiędzy południem prawdziwym a średnim wynosi 0 minut około 16 kwietnia, 15 czerwca, 1 września i 25 grudnia, ale koło 3 listopada sięga 16 min, a 12 lutego – 14,5 min. Tak więc na godzinę wschodu Słońca mają wpływ oba zjawiska: zmieniająca się długość dnia oraz zmieniająca się długość doby słonecznej. Połączenie tych czynników sprawia, że choć od przesilenia zimowego długość dnia rośnie, to początkowo obserwujemy to jako przesunięcie godziny zachodu słońca bez przyśpieszenia pory jego wschodu – dnia przybywa równo, ale w stosunku do przesuwającego się południa słonecznego prawdziwego, a nie godziny 12 na zegarze. Może więc przez kilka dni warto jeszcze pospać trochę dłużej?