Закат Солнца: Астрономическое явление и его особенности

Введение

Ежедневное опускание Солнца за горизонт

Закат (или закат солнца) — это исчезновение Солнца за горизонт Земли (или любого другого астрономического объекта в Солнечной системе) вследствие вращения. Как видно из любой точки Земли, это явление происходит примерно раз в 24 часа, за исключением районов вблизи полюсов. В момент весеннего и осеннего равноденствия Солнце заходит точно на западе. Если наблюдать из Северного полушария, Солнце садится в северо-западном направлении (или не садится вовсе) весной и летом, а в юго-западном — осенью и зимой; для Южного полушария эти времена года меняются местами. В астрономии момент фактического заката определяется как две минуты до того, как верхний край Солнца исчезнет за горизонтом. Вблизи горизонта атмосферная рефракция искажает солнечные лучи настолько, что геометрически солнечный диск уже находится примерно на один диаметр ниже горизонта в момент наблюдения заката. Закат отличается от сумерек, которые подразделяются на три стадии. Первая — гражданские сумерки, начинающиеся сразу после исчезновения Солнца за горизонтом и продолжающиеся до тех пор, пока Солнце не опустится на 6 градусов ниже горизонта. Ранние и промежуточные стадии сумерек совпадают с предзакатным периодом. Вторая фаза — навигационные сумерки, когда Солнце находится между 6 и 12 градусами ниже горизонта. Третья фаза — астрономические сумерки, период, когда Солнце находится между 12 и 18 градусами ниже горизонта. Сумерки — это заключительная стадия астрономических сумерек, самый темный момент перед наступлением ночи. Наконец, ночь наступает, когда Солнце опускается на 18 градусов ниже горизонта и перестает освещать небо. В районах, расположенных севернее Полярного круга и южнее Антарктического круга, по крайней мере один день в году не наблюдается ни полного заката, ни восхода солнца, когда полярный день или полярная ночь длятся непрерывно в течение 24 часов. На широтах, отстоящих от любого из полюсов более чем на полградуса, Солнце не может восходить или заходить в один и тот же день года, поскольку угловая высота Солнца между солнечным полуднем и полуночью составляет менее одного градуса.

Sunset (or sundown) is the disappearance of the Sun below the horizon of the Earth (or any other astronomical object in the Solar System) due to its rotation. As viewed from everywhere on Earth, it is a phenomenon that happens approximately once every 24 hours, except in areas close to the poles. The equinox Sun sets due west at the moment of both the spring and autumn equinoxes. As viewed from the Northern Hemisphere, the Sun sets to the northwest (or not at all) in the spring and summer, and to the southwest in the autumn and winter; these seasons are reversed for the Southern Hemisphere. The time of actual sunset is defined in astronomy as two minutes before the upper limb of the Sun disappears below the horizon. Near the horizon, atmospheric refraction causes sunlight rays to be distorted to such an extent that geometrically the solar disk is already about one diameter below the horizon when a sunset is observed. Sunset is distinct from twilight, which is divided into three stages. The first one is civil twilight, which begins once the Sun has disappeared below the horizon, and continues until it descends to 6 degrees below the horizon. The early to intermediate stages of twilight coincide with predusk. The second phase is nautical twilight, between 6 and 12 degrees below the horizon. The third phase is astronomical twilight, which is the period when the Sun is between 12 and 18 degrees below the horizon. Dusk is at the very end of astronomical twilight, and is the darkest moment of twilight just before night. Finally, night occurs when the Sun reaches 18 degrees below the horizon and no longer illuminates the sky. Locations further north than the Arctic Circle and further south than the Antarctic Circle experience no full sunset or sunrise on at least one day of the year, when the polar day or the polar night persists continuously for 24 hours. At latitudes greater than within half a degree of either pole, the sun cannot rise or set on the same date on any day of the year, since the sun's angular elevation between solar noon and midnight is less than one degree.

Возникновение

Время захода солнца меняется в течение года и определяется положением наблюдателя на Земле, задаваемым широтой и долготой, высотой над уровнем моря и часовым поясом. Небольшие суточные изменения и заметные полугодовые изменения во времени захода солнца обусловлены наклоном земной оси, суточным вращением Земли, движением планеты по ее ежегодной эллиптической орбите вокруг Солнца и одновременным вращением Земли и Луны вокруг друг друга. Зимой и весной дни становятся длиннее, а закаты происходят каждый день позже, до самого позднего заката, который наступает после летнего солнцестояния. В Северном полушарии самый поздний закат приходится на конец июня или начало июля, но не на летнее солнцестояние 21 июня. Эта дата зависит от широты наблюдателя (связана с более медленным движением Земли вокруг афелия примерно 4 июля). Аналогично, самый ранний закат не происходит в день зимнего солнцестояния, а примерно за две недели до него, также в зависимости от широты наблюдателя. В Северном полушарии он приходится на начало декабря или конец ноября (под влиянием более быстрого движения Земли вблизи перигелия, которое происходит примерно 3 января). То же явление наблюдается и в Южном полушарии, но с соответствующими датами, сдвинутыми во времени: самые ранние закаты происходят некоторое время до 21 июня зимой, а самые поздние – некоторое время после 21 декабря летом, опять же в зависимости от южной широты. В течение нескольких недель вокруг обоих солнцестояний как восход, так и закат солнца немного сдвигаются в более позднее время каждый день. Даже на экваторе восход и закат солнца смещаются на несколько минут в течение года, вместе с моментом солнечного полудня. Эти эффекты отображаются на аналемме. Пренебрегая атмосферной рефракцией и ненулевым размером Солнца, закат всегда происходит в северо-западном квадранте от мартовского до сентябрьского равноденствия и в юго-западном квадранте от сентябрьского до мартовского равноденствия. В день равноденствия закат происходит почти точно на западе для всех наблюдателей на Земле. Точные вычисления азимута заката в другие даты сложны, но их можно оценить с разумной точностью, используя аналемму. Поскольку восход и закат рассчитываются по переднему и заднему краям Солнца соответственно, а не по его центру, продолжительность дня немного больше, чем продолжительность ночи (примерно на 10 минут, наблюдаемое из умеренных широт). Кроме того, поскольку свет от Солнца преломляется при прохождении через атмосферу Земли, Солнце остается видимым даже после того, как оно геометрически опустилось ниже горизонта. Рефракция также влияет на видимую форму Солнца, когда оно находится очень близко к горизонту. Это создает впечатление, что оно находится выше в небе, чем есть на самом деле. Свет от нижнего края солнечного диска преломляется сильнее, чем свет от верхнего, поскольку рефракция увеличивается с уменьшением угла возвышения. Это поднимает видимое положение нижнего края больше, чем верхнего, уменьшая видимую высоту солнечного диска. Ширина диска остается неизменной, поэтому он кажется шире, чем высотой. (В действительности Солнце почти идеально сферическое.) Солнце также кажется больше на горизонте – это оптическая иллюзия, аналогичная лунной иллюзии. В районах к северу от Северного полярного круга и к югу от Антарктического круга по крайней мере один день в году не бывает ни заката, ни восхода солнца, когда полярный день или полярная ночь длятся непрерывно в течение 24 часов.

The time of sunset varies throughout the year and is determined by the viewer's position on Earth, specified by latitude and longitude, altitude, and time zone. Small daily changes and noticeable semi annual changes in the timing of sunsets are driven by the axial tilt of the Earth, daily rotation of the Earth, the planet's movement in its annual elliptical orbit around the Sun, and the Earth and Moon's paired revolutions around each other. During winter and spring, the days get longer and sunsets occur later every day until the day of the latest sunset, which occurs after the summer solstice. In the Northern Hemisphere, the latest sunset occurs late in June or in early July, but not on the summer solstice of June 21. This date depends on the viewer's latitude (connected with the Earth's slower movement around the aphelion around July 4). Likewise, the earliest sunset does not occur on the winter solstice, but rather about two weeks earlier, again depending on the viewer's latitude. In the Northern Hemisphere, it occurs in early December or late November (influenced by the Earth's faster movement near its perihelion, which occurs around January 3). Likewise, the same phenomenon exists in the Southern Hemisphere, but with the respective dates reversed, with the earliest sunsets occurring some time before June 21 in winter, and latest sunsets occurring some time after December 21 in summer, again depending on one's southern latitude. For a few weeks surrounding both solstices, both sunrise and sunset get slightly later each day. Even on the equator, sunrise and sunset shift several minutes back and forth through the year, along with solar noon. These effects are plotted by an analemma. Neglecting atmospheric refraction and the Sun's non zero size, whenever and wherever sunset occurs, it is always in the northwest quadrant from the March equinox to the September equinox, and in the southwest quadrant from the September equinox to the March equinox. Sunsets occur almost exactly due west on the equinoxes for all viewers on Earth. Exact calculations of the azimuths of sunset on other dates are complex, but they can be estimated with reasonable accuracy by using the analemma. As sunrise and sunset are calculated from the leading and trailing edges of the Sun, respectively, and not the center, the duration of a daytime is slightly longer than nighttime (by about 10 minutes, as seen from temperate latitudes). Further, because the light from the Sun is refracted as it passes through the Earth's atmosphere, the Sun is still visible after it is geometrically below the horizon. Refraction also affects the apparent shape of the Sun when it is very close to the horizon. It makes things appear higher in the sky than they really are. Light from the bottom edge of the Sun's disk is refracted more than light from the top, since refraction increases as the angle of elevation decreases. This raises the apparent position of the bottom edge more than the top, reducing the apparent height of the solar disk. Its width is unaltered, so the disk appears wider than it is high. (In reality, the Sun is almost exactly spherical.) The Sun also appears larger on the horizon, an optical illusion, similar to the moon illusion. Locations north of the Arctic Circle and south of the Antarctic Circle experience no sunset or sunrise at least one day of the year, when the polar day or the polar night persist continuously for 24 hours.

Названия компасных точек

В некоторых языках названия сторон света этимологически происходят от слов, обозначающих восход и закат солнца. Английские слова "orient" и "occident", означающие соответственно "восток" и "запад", происходят от латинских слов, означающих "восход" и "закат". Слово "levant", связанное, например, с французским "(se) lever", означающим "подниматься" или "восходить" (а также с английским "elevate"), также используется для обозначения востока. В польском языке слово wschód (vskhud) происходит от морфемы "ws" – означающей "вверх", и "chód" – означающей "движение" (от глагола chodzić – означающего "ходить, двигаться"), из-за восхождения Солнца из-за горизонта. Польское слово для запада, zachód (zakhud), похоже, но с приставкой "za" в начале, означающей "за", из-за захождения Солнца за горизонт. В русском языке слово запад (zapad) происходит от слов за – означающего "за", и пад – означающего "падение" (от глагола падать – padat'), из-за падения Солнца за горизонт. В иврите слово для востока – 'מזרח', которое происходит от слова, означающего "восхождение", а слово для запада – 'מערב', которое происходит от слова, означающего "закат".

Исторический взгляд

Астроном XVI века Николай Коперник первым представил миру подробную и в конечном итоге широко принятую математическую модель, обосновывающую утверждение о том, что Земля движется, а Солнце на самом деле неподвижно, вопреки впечатлению, возникающему с нашей точки зрения, о движущемся Солнце.

Планеты

Закаты на других планетах выглядят иначе из-за разницы в расстоянии планеты от Солнца и отсутствия или различного состава атмосферы.

Марс

На Марсе заходящее Солнце кажется примерно на две трети меньше, чем с Земли, из-за большего расстояния между Марсом и Солнцем. Цвета обычно имеют голубые оттенки, но некоторые марсианские закаты длятся значительно дольше и выглядят гораздо краснее, чем типичные земные. Поэтому цвет неба на Марсе в основном определяется процессом рэлеевского рассеяния, что приводит к большему количеству голубых оттенков, чем при закате на Земле. Одно исследование также показало, что марсианская пыль в верхних слоях атмосферы может отражать солнечный свет до двух часов после захода Солнца, создавая рассеянное свечение на поверхности Марса.