Суточное и годовое движение Солнца. Законы Кеплера. Особенности движения Солнца в тропических и полярных районах.

Видимое годовое движение Солнца и его объяснение

Наблюдая за суточным движением Солнца в течение года, можно легко заметить в его движении ряд особенностей, отличающихся от суточного движения звезд. Наиболее характерные из них следующие.

1. Место восхода и захода Солнца, а следовательно, и его азимут изо дня в день изменяются. Начиная с 21 марта по 23 сентября восход Солнца наблюдается в норд-остовой четверти, а заход — в норд-вестовой. В начале этого времени точки восхода и захода Солнца перемещаются к северу, а затем в обратном направлении. Начиная с 23 сентября по 21 марта подобное явление повторится в зюйд-остовой и зюйдвестовой четвертях. Перемещение точек восхода и захода Солнца имеет годичный период.

Звезды всегда восходят и заходят в одних и тех же точках горизонта.

2. Меридиональная высота Солнца изменяется с каждым днем. Меридиональная высота звезд всегда постоянна.

3.Продолжительность дня (или ночи) в течение года непостоянна.

Это особенно заметно, если сравнить продолжительность летнего и зимнего дней в больших широтах, например в Ленинграде Происходит это потому, что время нахождения Солнца над горизонтом в течение года различное. Звезды над горизонтом находятся всегда одинаковое количество времени.

Таким образом, Солнце, кроме суточного движения, совершаемого совместно со звездами, имеет еще видимое перемещение по сфере с годовым периодом. Это перемещение называют видимым годовым движением Солнца по небесной сфере.

 

 

Таким образом, из-за различных астрономических явлений, обусловленных совместным суточным и годовым движением Солнца в разных широтах (прохождение через зенит, явления полярного дня и ночи) и вызванных этими явлениями климатических особенностей, земная поверхность разделена на тропический, умеренные и полярные пояса.

Тропическим поясом называется часть земной поверхности (между широтами φ=23°27'N и 23°27'S), в которой Солнце ежесуточно восходит и заходит и в течение года два раза бывает в зените. Тропический пояс занимает 40% всей земной поверхности.

Умеренным поясом называется часть земной поверхности, в которой Солнце ежесуточно восходит и заходит, но никогда не бывает в зените. Существуют два умеренных пояса. В северном полушарии между широтами φ = 23°27'N и φ = 66°33'N, а в южном — между широтами φ=23°27'S и φ = 66°33'S. Умеренные пояса занимают 50% земной поверхности.

Полярным поясом называется часть земной поверхности, в которой наблюдаются полярные дни и ночи. Существуют два полярных пояса. Северный полярный пояс распространяется от широты φ = 66°33'N до северного полюса, а южный — от φ = 66°33'S до южного полюса. Они занимают 10% земной поверхности.

Земля одновременно участвует в двух движениях: вращается вокруг своей оси и движется по эллипсу вокруг Солнца. Вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи. Движение ее вокруг Солнца вызывает смену времен года. От совместного вращения Земли вокруг ее оси и движения вокруг Солнца происходит видимое движение Солнца по небесной сфере.

Законы Кеплера

Три закона движения планет относительно Солнца

Первый закон Кеплера. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон Кеплера (закон равных площадей). Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равновеликие площади. Другая формулировка этого закона: секториальная скорость планеты постоянна.

Третий закон Кеплера. Квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца равны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

 

Понятие времени в мореходной астрономии. Основная формула времени.

Звездное время.

В мореходной астрономии важную роль играет звездное время. Звездным сутками называется промежуток времени полного оборота Земли относительно точки Овна. За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Следовательно, промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется звездными сутками. Промежуток времени в звездных единицах, протекший от начала звездных суток до данного физического момента, называется звездным временем. Звездное время принято обозначать буквой S. Поскольку начало звездных суток совпадает с началом счета часовых углов светил, то, следовательно, звездное время в данный момент есть часовой угол точки весеннего равноденствия, т.е.

S = t

 

Когда звездное время в данный момент равно сумме, прямого восхождения и часового угла звезды в тот же самый момент, т.е.

S = t + (2.1)

Это выражение называется основной формулой времени. Оно связывает координаты светил со временем, позволяет переходить от звездного времени к солнечному и решать другие важные задачи. В мореходной астрономии эту формулу часто применяют для расчета часовых углов звезд:

t^*_W = S -

Чтобы упростить расчеты, заменим вычитание более удобным сложением, введя звездное дополнение:

= 360° - .

Тогда:

t^*_W = S + .

Звездное дополнение - это дуга небесного экватора от точки Овна до меридиана светила

Основное достоинство звездного времени - его равномерное изменение. Но в повседневной жизни звездное время не используется, т.к её основной недостаток - начало звездных суток приходится на разное время солнечных суток.

 

Среднее время.

Солнечным, или истинным сутками называется промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями центра Солнца на одном и том же меридиане. За начало солнечных суток обычно принимается нижняя кульминация Солнца, поэтому истинным солнечным временем называется промежуток времени от нижней кульминации Солнца до данного момента.

Однако истинное время имеет большой недостаток - оно изменяется неравномерно.Это следует из второго закона Кеплера, согласно которого за равные промежутки времени радиус-вектор планеты описывает одинаковые площади. Поэтому суточное изменение прямого восхождения Солнца неодинаково в течение года.

 

Для того чтобы сутки были одинаковой продолжительности их отсчет ведется по так называемому среднему Солнцу.

Средним Солнцем называется точка, которая в отличии от истинного Солнца движется равномерно по небесному экватору.

Средними сутками называется промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца на меридиане наблюдателя.

Средним временем называется промежуток времени между нижней кульминации среднего Солнца и данным моментом.

 

Так как среднее Солнце движется равномерно, а истинное Солнце неравномерно, то истинное Солнце будет то обгонять, то отставать от среднего Солнца.

 

Уравнение времени и связь среднего и истинного времени.

Уравнением времени называется разность среднего и истинного времени, (разности часовых углов среднего и истинного Солнца), т.е.

= t - t (2.3)