Күннің теңдігі

Кіріспе

Жарты жылдық астрономиялық құбылыс, онда Күн Жердің экваторының тікелей үстінде тұрады – астрономиялық құбылыс.

Күн мен түннің теңелуі – Күннің Жер экваторынан өтіп бара жатқан сәті, яғни экватордың солтүстігінде немесе оңтүстігінде емес, экватордың тікелей үстінде көрінетін уақыт. Күн мен түннің теңелу күнінде Күн шамамен "шығысқа қарай" шығып, "батысқа қарай" батысқа қарай батысады. Бұл жыл сайын екі рет, наурыздың 20-сы және қыркүйектің 23-і шамасында болады. Нақтырақ айтқанда, күн мен түннің теңелуі дәстүрлі түрде Жер экваторының жазықтығы Күн дискінің геометриялық орталығынан өтетін сәт ретінде анықталады. Бұл Жердің айналу осі Күнге қарай да, Күннен алыстамай да, Жер сызығына перпендикуляр орналасқан сәт. Қазіргі заманда Ай (және аздап планеталар) Жердің орбитасын кемелді эллипстен сәл өзгертуге себеп болғандықтан, күн мен түннің теңелуі оның ауытқуымен емес, Күннің тұрақты эклиптикалық бойлықтарымен ресми түрде анықталады. Қазіргі уақытта күн мен түннің теңелу сәттері Күннің геоцентрлік бойлық 0° және 180° аралығында анықталады. Бұл сөз латын тіліндегі aequinoctium, aequus (тең) және nox (түн) сөздерінен алынған. Күн мен түннің теңелу күнінде күндізгі және түнгі уақыттың ұзақтығы бүкіл планета бойынша шамамен бірдей болады. Алайда, олар Күннің бұрыштық өлшеміне, атмосфералық сынуға және күн ұзындығының жылдам өзгеруіне байланысты толық тең емес, бұл теңдіктер айналасындағы көпшілік ендіктерде байқалады. Нәтижесінде, дұрыс жасалған және сәйкестендірілген күн сағатына сәйкес күндізгі уақыт 12 сағатқа тең. Солтүстік жарты шарда наурыз айындағы күн мен түннің теңелуі көктемгі күн мен түннің теңелуі деп, ал қыркүйектегісі – күзгі күн мен түннің теңелуі деп аталады. Оңтүстік жарты шарда керісінше. Жыл бойы күн мен түннің теңелулері күнбағыспен ауысып тұрады. Жылдар мен басқа да факторлар екі құбылыстың да уақытын сәл өзгертеді. Ежелгі грек күнтізбесінде де жыл күзгі немесе көктемгі күн мен түннің теңелуінен басталатын болған, ал кейбіреулерінде – күнбағыстан басталатын. Антикитера механизмі күн мен түннің теңелуін және күнбағыс тұруын болжайды. Күн мен түннің теңелуі кезінде күннің терминаторы (түн мен күннің арасындағы "шекара") экваторға перпендикуляр орналасқан. Нәтижесінде солтүстік және оңтүстік жарты шарлар бірдей жарық көреді. Сол себепті, бұл Жердің айналу полюстерінің бірінде бақылаушы үшін Күннің шығып, екіншісіне батуымен де байланысты. Қысқа уақыт ішінде, шамамен төрт күн бойы Солтүстік және Оңтүстік полюстерде күн ашық болады. Мысалы, 2021 жылы Солтүстік полюсте күн шығысы 18 наурыз 07:09 UTC, ал Оңтүстік полюсте күн батуы 22 наурыз 13:08 UTC. Сондай-ақ 2021 жылы Оңтүстік полюсте күн шығысы 20 қыркүйек 16:08 UTC, ал Солтүстік полюсте күн батуы 24 қыркүйек 22:30 UTC. Басқаша айтқанда, күн мен түннің теңелуі – күннің астындағы нүкте экваторда болатын жалғыз уақыт, яғни Күн экваторлық сызықтағы нүктеде дәл жоғарыда орналасқан. Күннің астындағы нүкте экваторды қиып өтеді, наурыз айындағы күн мен түннің теңелуінде солтүстікке қарай, ал қыркүйектегісінде – оңтүстікке қарай қозғалады.

A solar equinox is a moment in time when the Sun crosses the Earth's equator, which is to say, appears directly above the equator, rather than north or south of the equator. On the day of the equinox, the Sun appears to rise "due east" and set "due west". This occurs twice each year, around 20 March and 23 September. More precisely, an equinox is traditionally defined as the time when the plane of Earth's equator passes through the geometric center of the Sun's disk. Equivalently, this is the moment when Earth's rotation axis is directly perpendicular to the Sun Earth line, tilting neither toward nor away from the Sun. In modern times, since the Moon (and to a lesser extent the planets) causes Earth's orbit to vary slightly from a perfect ellipse, the equinox is officially defined by the Sun's more regular ecliptic longitude rather than by its declination. The instants of the equinoxes are currently defined to be when the apparent geocentric longitude of the Sun is 0° and 180°. The word is derived from the Latin aequinoctium, from aequus (equal) and nox (night). On the day of an equinox, daytime and nighttime are of approximately equal duration all over the planet. They are not exactly equal, however, because of the angular size of the Sun, atmospheric refraction, and the rapidly changing duration of the length of day that occurs at most latitudes around the equinoxes. Long before conceiving this equality, primitive equatorial cultures noted the day when the Sun rises due east and sets due west, and indeed this happens on the day closest to the astronomically defined event. As a consequence, according to a properly constructed and aligned sundial, the daytime duration is 12 hours. In the Northern Hemisphere, the March equinox is called the vernal or spring equinox while the September equinox is called the autumnal or fall equinox. In the Southern Hemisphere, the reverse is true. During the year, equinoxes alternate with solstices. Leap years and other factors cause the dates of both events to vary slightly. Ancient Greek calendars too had the beginning of the year either at the autumnal or vernal equinox and some at solstices. The Antikythera mechanism predicts the equinoxes and solstices. The equinoxes are the only times when the solar terminator (the "edge" between night and day) is perpendicular to the equator. As a result, the northern and southern hemispheres are equally illuminated. For the same reason, this is also the time when the Sun rises for an observer at one of Earth's rotational poles and sets at the other. For a brief period lasting approximately four days, both North and South Poles are in daylight. For example, in 2021 sunrise on the North Pole is 18 March 07:09 UTC, and sunset on the South Pole is 22 March 13:08 UTC. Also in 2021, sunrise on the South Pole is 20 September 16:08 UTC, and sunset on the North Pole is 24 September 22:30 UTC. In other words, the equinoxes are the only times when the subsolar point is on the equator, meaning that the Sun is exactly overhead at a point on the equatorial line. The subsolar point crosses the equator moving northward at the March equinox and southward at the September equinox.

Күні

45 жылы Юлий Цезарь Юлиан күнтізбесін орнатқанда, ол 25 наурызды көктемгі күн мен түн теңелу күні деп белгіледі; бұл парсы және үнді күнтізбелерінде жылдың басталу күні болған. Юлиан жылы тропикалық жылдан орташа есеппен 11,3 минутқа (немесе 128 жылда 1 күн) ұзақ болғандықтан, күнтізбе екі күн мен түн теңелуіне қатысты "қозғалды", сондықтан 300 жылы көктемгі күн мен түн теңелуі шамамен 21 наурызда болды, ал 1580 жылдары ол 11 наурызға дейін кері жылды. Бұл қозғалыс Папа Григорий XIII-ті қазіргі Грегориан күнтізбесін орнатуға итермеледі. Папа 325 жылы Никея кеңесінің Пасха күніне қатысты қаулыларына сәйкес болуды жалғастыруды қалады, яғни ол көктемгі күн мен түн теңелуін сол кездегі күніне (21 наурыз – Юлиан күнтізбесінің Пасха кестесінде оған бөлінген күн) көшіруді және оны болашақта осы күннің шамасында ұстап тұруды қалады, ол 400 жыл сайынғы секірме жылдар санын 100-ден 97-ге дейін азайту арқылы жетістікке жетті. Дегенмен, көктемгі күн мен түн теңелуінің күні мен уақытында орташа орнынан шамамен ±27 сағаттық шағын ауытқушылық қалды, себебі жүзжылдық секірме күндердің 24 сағаттық таралуы үлкен өзгерістерге алып келді (Грегориан күнтізбесіндегі секірме күнге қатысты мақалаға қараңыз).

Қазіргі күндері

Күн мен түн теңелу күндері төрт жылдық цикл ішінде біртіндеп өзгереді, себебі Грегориан күнтізбесіндегі жыл Жердің Күнді айналу периодымен үндес келмейді. Грегориандық 400 жылдық цикл толық аяқталғаннан кейін ғана маусымдар шамамен бір уақытта басталады. 21-ші ғасырда наурыз айының ең ерте теңелуі 2096 жылдың 19 наурызында, ал ең кеш теңелуі 2003 жылдың 21 наурызында болады. Қыркүйек айының ең ерте теңелуі 2096 жылдың 21 қыркүйегінде, ал ең кеш теңелуі 2003 жылдың 23 қыркүйегінде (Жалпыға ортақ уақыт бойынша) болады.

Аттар

Көктемгі күн мен түннің теңелуі және күзгі күн мен түннің теңелуі: бұл классикалық атаулар латын тілінен тікелей алынған (ver = көктем, autumnus = күз). Бұл тарихи түрде әмбебап және әлі күнге дейін теңсауықтар үшін ең көп қолданылатын терминдер, бірақ олар шатастыруға әкелуі мүмкін, өйткені оңтүстік жарты шарда көктемгі теңсауық көктемде, ал күзгі теңсауық күзде болмайды. Ағылшын тіліндегі көктемгі теңсауық және күзгі (немесе қышқы) теңсауық деген терминдер одан да көп түсініксіз. Адамдардың қыркүйек айындағы теңсауықты оңтүстік жарты шарда көктемгі теңсауық деп атауы жиі кездеседі. Наурыз теңсауығы және қыркүйек теңсауығы: олар пайда болатын жылдың айларын білдіретін атаулар, бұл қай жарты шар екендігі туралы түсініксіздік тудырмайды. Алайда, олар әлі де әмбебап емес, өйткені барлық мәдениеттер күнге негіделген күнтізбе қолданбайды, онда теңсауықтар әр жыл сайын бір айда болады (мысалы, ислам және еврей күнтізбелерінде). Бұл терминдер ХХІ ғасырда кең тараған болса да, олар кемінде ХХ ғасырдың ортасынан бері қолданылып келген. Солтүстікке қарайғы теңсауық және оңтүстікке қарайғы теңсауық: Күннің көрінетін қозғалыс бағытына қатысты атаулар. Солтүстікке қарайғы теңсауық наурыз айында Күн экваторды оңтүстіктен солтүстікке қарай кесіп өткенде, ал оңтүстікке қарайғы теңсауық қыркүйек айында Күн экваторды солтүстіктен оңтүстікке қарай кесіп өткенде болады. Бұл терминдер басқа планеталар үшін де дәйекті түрде қолданылуы мүмкін. Олар сирек кездеседі, бірақ 100 жылдан астам бұрын ұсынылған. Арыстың бірінші нүктесі және таразының бірінші нүктесі: Күн кіретін астрологиялық белгілерге сілтеме жасайтын атаулар. Алайда, теңсауықтың прецессиясы осы нүктелерді тиісінше Балықтар және Қыз шоқжұлдыздарына жылжытты.

Күн мен түннің теңелу ұзақтығы

Күн мен түн теңелу күні Күннің ортасы Жер бетіндегі барлық нүктелерде көкжиектен жоғары және төмен шамамен бірдей уақыт өткізеді, сондықтан түн мен күннің ұзақтығы шамамен бірдей болады. Күннің шығуы мен батуын анықтаудың әртүрлі тәсілдері бар, бірақ ең көп тараған анықтама – Күннің жоғарғы бөлігі көкжиекпен бір деңгейде болатын сәт. Осы анықтама бойынша, күн мен түн теңелу кезінде күн түнді ұзартады:

Бұл эффект күнді экваторда түндікіден шамамен 14 минутқа ұзартады, ал полюстерге қарай бұл айырмашылық одан да артады. Күн мен түннің толық теңдігі тек экватордан кемінде 7 минуттық маусымдық күн ұзақтығының айырмашылығын сезінетін жерлерде ғана болады, бұл жағдай әдетте әрбір теңелуден кейінгі қысқы жаққа қарай бірнеше күнге созылады. Соның салдарынан, ±2,0 градус ендігінен төмен жерлерде жыл бойы барлық күндер түндерден ұзақ болады. Күннің шығуы мен бату уақыты бақылаушының орналасқан жеріне (бойлық және ендік) байланысты болғандықтан, күн мен түннің тең болатын күндері де бақылаушының орналасқан жеріне тәуелді. Күннің шығуын (немесе батуын) көзбен бақылаудағы үшінші түзету – бақылаушы көретін нақты көкжиек пен геометриялық (немесе сезімтал) көкжиек арасындағы бұрыш. Бұл көкжиектің бұрылысы деп аталады және теңіз жағасында тұрған адам үшін 3 доғалық минуттан Эверест тауына шыққан альпинист үшін 160 доғалық минутқа дейін өзгереді. Биік нысандардағы үлкен бұрылыс (Эверестте 2½° доғадан астам) таудың төменгі бөлігі әлі жарық көрмей тұрып, шыңындағы қардың күн сәулесінде алтын түске енуіне себеп болады. Күн мен түннің толық тең болатын күні эквилиукс деп аталады; 1980 жылдары пайда болған деп саналатын бұл жаңа сөз 21-ші ғасырда кең танылды. Ең нақты өлшемдерде нағыз эквилиукс сирек кездеседі, себебі күн мен түннің ұзақтығы теңелу кезінде жылдың басқа уақыттарына қарағанда тез өзгереді. Орта ендіктерде күн сәулесі теңелу кезінде күніне шамамен үш минутқа ұзарады немесе қысқарады, сондықтан екі күннің ұзақтығы бір-біріне бір минутқа жуық болады. Эквилиукстің ең жақын күні ендікке байланысты сәл өзгереді; орта ендіктерде ол көктемгі теңелуден бірнеше күн бұрын және күзгі теңелуден кейін болады.

Астрономиялық жыл мезгілдерінің геоцентрлік көрінісі

Маусымның күн тік тұрған күніне дейінгі жарты жылда Күн шығыстан солтүстікке қарай шығып, батыстан солтүстікке қарай басады, яғни солтүстік жарты шарда күндіз ұзақ, түн қысқа, ал оңтүстік жарты шарда күндіз қысқа, түн ұзақ болады. Желтоқсанның күн тік тұрған күніне дейінгі жарты жылда Күн шығыстан оңтүстікке қарай шығып, батыстан оңтүстікке қарай басады, ал күндіз бен түнің ұзақтығы керісінше ауысады. Күн мен түн теңелу күнінде Күн Жер бетінің барлық жерінде (полюстерден басқа) шамамен сағат 06:00-де шығып, шамамен сағат 18:00-де басады (жергілікті уақыт бойынша). Бірақ бұл уақыт бірнеше себептерге байланысты дәл болмайды: Жер бетіндегі көптеген жерлер жергілікті уақыттан бірнеше минутқа немесе тіпті сағаттарға өзгеше уақыт белдеуін пайдаланады. Мысалы, егер бір аймақ 15° шығысқа қарай сілтеме меридианы бар уақыт белдеуін қолданса, Күн теңелу күнінде шамамен сағат 07:00-де шығып, 12 сағаттан кейін шамамен сағат 19:00-де басады. Күннің ұзақтығына Жердің Күнді айналу жылдамдығының өзгеруі де әсер етеді. Бұл жиынтық әсер «уақыт теңдеуі» деп аталады. Сондықтан тіпті өз уақыт белдеуінің негізгі меридианында орналасқан аймақтарда да күннің шығуы мен батуы сағат 06:00 және 18:00-ге сәйкес келмейді. Наурыз теңелуінде олар 7-8 минутқа кешігіп, қыркүйек теңелуінде шамамен 7-8 минутқа ертерек болады. Күннің шығуы мен батуы әдетте күн дискісінің жоғарғы бөлігі бойынша анықталады, оның ортасы емес. Жоғарғы бөлік ортасы пайда болғанға дейін кем дегенде бір минутқа дейін көрінеді, ал жоғарғы бөлік күн дискісінің ортасынан кейін басады. Сонымен қатар, Күн көкжиекке жақын болғанда, атмосфералық рефракция оның нақты орнынан жоғарырақ көрінетін орнына өз диаметрінен сәл көп қашықтыққа ығыстырады. Бұл күннің шығуын екі минутқа дейін ертерек, ал батуын да екі минутқа дейін кешіктіреді. Бұл екі фактордың бірігуі нәтижесінде теңелу күнінің ұзақтығы 12 сағат 7 минут, ал түнінің ұзақтығы 11 сағат 53 минутқа тең болады. Алайда, бұл көрсеткіштер тропиктік аймақтар үшін ғана дұрыс. Орташа ендіктерде бұл айырмашылық артады (мысалы, Лондонда 12 минут), ал полюстерге жақын ол одан да үлкен болады (уақыт бойынша). Полюстерден шамамен 100 км қашықтықта Күн теңелу күнінде толық 24 сағат бойы көрінеді. Көкжиектің биіктігі күндіздің ұзақтығын өзгертеді. Тау басында тұрған адам үшін күндіз ұзақ, ал аңғарда тұрған адам үшін күндіз қысқа болады. Күннің диаметрі Жерден үлкен болғандықтан, Жердің жартысынан астамы кез келген уақытта күн сәулесінде болады (параллель емес сәулелер тең күндіз бен түн сызығынан тыс тангенс нүктелерін жасайды).

In the half year centered on the June solstice, the Sun rises north of east and sets north of west, which means longer days with shorter nights for the northern hemisphere and shorter days with longer nights for the southern hemisphere. In the half year centered on the December solstice, the Sun rises south of east and sets south of west and the durations of day and night are reversed. Also on the day of an equinox, the Sun rises everywhere on Earth (except at the poles) at about 06:00 and sets at about 18:00 (local solar time). These times are not exact for several reasons:
Most places on Earth use a time zone which differs from the local solar time by minutes or even hours. For example, if a location uses a time zone with reference meridian 15° to the east, the Sun will rise around 07:00 on the equinox and set 12 hours later around 19:00 Day length is also affected by the variable orbital speed of the Earth around the Sun. This combined effect is described as the equation of time. Thus even locations which lie on their time zone's reference meridian will not see sunrise and sunset at 6:00 and 18:00 At the March equinox they are 7–8 minutes later, and at the September equinox they are about 7–8 minutes earlier. Sunrise and sunset are commonly defined for the upper limb of the solar disk, rather than its center. The upper limb is already up for at least a minute before the center appears, and the upper limb likewise sets later than the center of the solar disk. Also, when the Sun is near the horizon, atmospheric refraction shifts its apparent position above its true position by a little more than its own diameter. This makes sunrise more than two minutes earlier and sunset an equal amount later. These two effects combine to make the equinox day 12 7 long and the night only 11 53. Note, however, that these numbers are only true for the tropics. For moderate latitudes, the discrepancy increases (e. g., 12 minutes in London); and closer to the poles it becomes very much larger (in terms of time). Up to about 100 km from either pole, the Sun is up for a full 24 hours on an equinox day. Height of the horizon changes the day's length. For an observer atop a mountain the day is longer, while standing in a valley will shorten the day. The Sun is larger in diameter than the Earth, so more than half of the Earth is in sunlight at any one time (because non parallel rays create tangent points beyond an equal day night line).

Аврора

Күн мен түн теңелу кезінде бір-біріне көздеріңіздей шағылысқан авроралар байқалды.

Мәдениеттік аспектілер

Кейде күн мен түн теңелуі көктем мен күздің басталуы деп есептеледі. Күн мен түннің теңелуіне орайластырылған көптеген дәстүрлі егін жинау тойлары тойланады. Иран, Ауғанстан, Тәжікстан сияқты елдерде Наурыз мерекесі, солтүстік жарты шардағы көктемгі теңелу күні аталып өтеді. Бұл күн Күндік Хижри күнтізбесі бойынша жаңа жылды белгілейді. Діни архитектура көбінесе теңелумен байланысты болады; мысалы, Камбоджадағы Ангкор Ватта күннің мінсіз тік сызықта шығуымен болатын Ангкор Ват теңелуі. Католик шіркеулері, Чарльз Борромеоның ұсыныстарынан бері, шіркеулердің бағытын анықтау үшін көбінесе теңелуді бағыттық нүкте ретінде таңдайды.

Спутниктерге әсер ету

Күн мен түннің теңелу кезеңдерінің бір салдары – байланыс спутниктерінде уақытша үзілістердің пайда болуы. Барлық геостационарлық спутниктер үшін, күн мен түннің теңелуіне жақын күндері Күн Жерге қатысты спутниктің артына (яғни, жер станциясы антеннасының сәулелену шегінде) күн сайын қысқа мерзімге тікелей өтеді. Күннің зор қуаты мен кең сәулелену спектрі Жер станциясының қабылдау тізбектерін шумен толтырып, антенна мөлшері мен басқа факторларға байланысты тізбекті уақытша бұзуы немесе нашарлатуы мүмкін. Бұл әсерлердің ұзақтығы әртүрлі болуы мүмкін, бірнеше минуттан бір сағатқа дейін созылуы мүмкін. (Белгілі бір жиілік диапазонында үлкен антеннаның сәулелену бұрышы тар болғандықтан, "күннің тоқырауы" терезесі қысқа болады.) Геостационарлық орбитадағы спутниктер күн мен түннің теңелуі кезінде қуатты сақтауда да қиындықтарға тап болады, себебі олар Жердің көлеңкесінен өтуге мәжбүр және тек аккумуляторлық қуатқа ғана сүйенуі керек. Әдетте, спутник Жердің көлеңкесінен солтүстікке немесе оңтүстікке қарай жылжиды, өйткені Жер осінің Жерден Күнге дейінгі сызыққа тік бұрышы басқа уақытта болмайды. Күн мен түннің теңелуі кезінде, геостационарлық спутниктер экватордың үстінде орналасқандықтан, жыл бойында Жердің көлеңкесінде ең ұзақ уақыт болады.

Басқа планеталардағы күн мен түн теңелуі

Күн мен түн теңелуі, кез келген еңіс осі бар планетада анықталады. Сатурн – керемет мысал, онда күн мен түн теңелуі кезінде оның сақиналар жүйесінің жиегі Күнге қарай орналасады. Осының салдарынан, Жерден қарағанда олар тек жұқа сызық ретінде ғана көрінеді. Ал жоғарыдан қарағанда – 2009 жылы «Кассини» ғарыш зонды алғаш рет күн мен түн теңелуі кезінде көрсеткен көрініс – олар күн сәулесін өте аз мөлшерде алады; тіпті, Күннен келетін жарықтан гөрі планетадан шағылысқан жарық көбірек түседі. Бұл құбылыс орташа есеппен 14,7 жылда бір рет орын алады және нақты күн мен түн теңелуінен бірнеше апта бұрын және кейін де созылуы мүмкін. Сатурндағы соңғы теңелу 2009 жылдың 11 тамызында болды, ал келесісі 2025 жылдың 6 мамырында болады. Марстағы соңғы күн мен түн теңелуі 2024 жылдың 12 қаңтарында (солтүстік күз) және 2022 жылдың 26 желтоқсанында (солтүстік көктем) тіркелді.