Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о пути Солнца через день. Чтобы узнать о пути Солнца в течение года в одно и то же время суток, см. Аналемма . Для галактической орбиты Солнца см. Орбиту Солнца .
Сезонные различия склонения Солнца , вид из города Нью-Йорк на средних широтах в северном полушарии , штат Нью-Йорк.
Полярная карта пути Солнца для любого места на широте Роттердама
Этот солнечный снимок, экспонированный в течение года, показывает суточные пути движения Солнца , если смотреть из Будапешта в 2014 г.
(Фото: Элекес Андор)

Путь Солнца , иногда также называемый дневной дугой , относится к дневному и сезонному дугообразному пути, по которому Солнце, кажется, следует по небу, когда Земля вращается и вращается вокруг Солнца. Путь Солнца влияет на продолжительность дневного опытным и количество дневного света , полученный по определенной широте в течение данного сезона.

Относительное положение Солнца является основным фактором притока тепла зданиями и производительности солнечных энергетических систем. [1] Точные сведения о пути прохождения солнца и климатических условиях в зависимости от местоположения необходимы для принятия экономических решений относительно площади солнечного коллектора , ориентации, ландшафтного дизайна, летнего затенения и экономичного использования солнечных трекеров . [2] [3]

Влияние наклона оси Земли [ править ]

Пути Солнца на любой широте и в любое время года можно определить с помощью базовой геометрии . [4] Ось Земли от вращения наклоняется около 23,5 градусов , по отношению к плоскости с орбитой Земли вокруг Солнца . Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, это создает разницу в склонении на 47 ° между солнечными путями в период солнцестояния , а также особую разницу в полушарии между летом и зимой.

В северном полушарии , зимнее солнце (ноябрь, декабрь, январь) поднимается на юго - востоке, проходит в астрономический меридиан под небольшим углом на юге (более 43 ° над южным горизонтом в тропиках), а затем устанавливает в юго-запад. Он находится на южной (экваториальной) стороне дома в течение всего дня. Вертикальное окно, выходящее на юг (сторона экватора), эффективно улавливает солнечную тепловую энергию . Для сравнения: зимнее солнце в Южном полушарии (май, июнь, июль) встает на северо-востоке, достигает максимума под небольшим углом на севере (более чем на полпути от горизонта в тропиках), а затем садится на северо-западе. . Окно, выходящее на север, пропускало в дом много солнечной тепловой энергии.

В Северном полушарии летом (май, июнь, июль) Солнце встает на северо-востоке, его пики немного южнее верхней точки (ниже на юге на более высоких широтах).), а затем заходит на северо-западе, тогда как в Южном полушарии летом (ноябрь, декабрь, январь) Солнце встает на юго-востоке, достигает максимума немного севернее точки над головой (ниже на севере на более высоких широтах), а затем устанавливается на юго-западе. Простой зависящий от широты свес со стороны экватора можно легко спроектировать, чтобы блокировать 100% прямого солнечного излучения от попадания в вертикальные окна, обращенные к экватору, в самые жаркие дни года. Скатывающиеся наружные шторы, внутренние полупрозрачные или непрозрачные оконные одеяла, шторы, ставни, подвижные решетки и т. Д. Могут использоваться для ежечасного, дневного или сезонного контроля солнечного света и теплопередачи (без какого-либо активного электрического кондиционирования воздуха).

Повсюду во всем мире во время равноденствий (20/21 марта и 22/23 сентября), за исключением полюсов, солнце встает строго на востоке и заходит строго на западе. В северном полушарии пик солнца равноденствия находится в южной половине (примерно на полпути от горизонта на средней широте) неба, а в южном полушарии пик этого солнца находится в северной половине неба. Если смотреть на экватор, кажется, что солнце движется слева направо в Северном полушарии и справа налево в Южном полушарии.

Различия путей прохождения солнечной энергии в зависимости от широты (и полушария) имеют решающее значение для эффективного проектирования зданий с использованием пассивной солнечной энергии . Это важные данные для оптимального сезонного дизайна окон и свесов. Проектировщики солнечных батарей должны знать точные углы пути прохождения солнечных лучей для каждого места, для которого они проектируют, и их сравнение с сезонными требованиями к отоплению и охлаждению в зависимости от места.

В США точные данные о сезонных траекториях солнечного пути по высоте и азимуту в зависимости от местоположения можно получить от NOAA - «экваториальная сторона» здания находится на юге в Северном полушарии и на севере в Южном полушарии , где находится пик летнего солнцестояния. Солнечная высота приходится на 21 декабря.

Тень вертикальной палки в солнечный полдень [ править ]

На экваторе солнце будет стоять прямо над головой, и вертикальная палка не будет отбрасывать тени в солнечный полдень в дни равноденствия . Приблизительно в 23,5 градусе к северу от экватора в тропике Рака вертикальная палка не будет отбрасывать тени 21 июня, во время летнего солнцестояния в северном полушарии . В остальное время полуденная тень будет указывать на Северный полюс. Приблизительно в 23,5 градусе к югу от экватора в тропике Козерога вертикальная палка не будет отбрасывать тени 21 декабря, во время летнего солнцестояния в южном полушарии., а в остальное время его полуденная тень будет указывать на Южный полюс. К северу от тропика Рака полуденная тень всегда будет указывать на север, и, наоборот, к югу от тропика Козерога полуденная тень всегда будет указывать на юг.

Солнечные полуденные тени объектов в точках за и ниже подсолнечных точек будут указывать на истинный север и истинный юг соответственно только тогда, когда солнечное склонение имеет максимальное положительное (δ☉ = + 23,44 °) или максимальное отрицательное (δ☉ = −23,44 °) ценить. С другой стороны, в дни равноденствия, когда солнце не склоняется ни к северу, ни к югу (δ☉ = 0 °), а солнечные тени в полдень указывают на северо-северо-запад к северу от экватора и на юго-восток к югу от экватора во время весеннего равноденствия (и указывают на северо-северо-восточный север экватора и ЮЮЗ к югу от экватора в период осеннего равноденствия).

Продолжительность светового дня [ править ]

В полярных кругах ( к северу от полярного круга и к югу от полярного круга ), каждый год будет испытывать по крайней мере один день , когда солнце остается ниже горизонта в течение 24 часов (на день зимнего солнцестояния ), и по крайней мере один день , когда Солнце остается над горизонтом 24 часа (в день летнего солнцестояния ).

В средних широтах (между тропиками и полярными кругами , где проживает большинство людей) продолжительность дня , а также высота и азимут Солнца меняются от одного дня к другому и от сезона к сезону. Разница между продолжительностью длинного летнего дня и короткого зимнего дня увеличивается по мере удаления от экватора . [2]

Визуализация [ править ]

На рисунках ниже показаны следующие перспективы с Земли, отмечая часовые позиции на Солнце на обоих солнцестояния дней. При соединении солнца образуют две дневные дуги , пути, по которым Солнце, кажется, следует на небесной сфере в своем суточном движении . Более длинная дуга - это всегда путь середины лета, а более короткая - путь середины зимы. Две дуги находятся на расстоянии 46,88 ° (2 × 23,44 °) друг от друга, что указывает на разницу склонений между солнцами солнцестояния.

Кроме того, некоторые «призрачные» солнца видны ниже горизонта на целых 18 ° вниз, во время которых наступают сумерки . Снимки можно использовать как для северного, так и для южного полушарий Земли . Теоретический наблюдатель должен стоять возле дерева на небольшом острове посреди моря. Зеленые стрелки обозначают стороны света .

  • В Северном полушарии север находится слева. Солнце восходит на востоке (дальняя стрелка), достигает кульминации на юге (вправо) при движении вправо и заходит на западе (ближняя стрелка). Позиции подъема и заката смещены к северу в середине лета и к югу в середине зимы.
  • В Южном полушарии юг находится слева. Солнце восходит на востоке (ближняя стрелка), достигает своей кульминации на севере (справа) при движении влево и заходит на западе (дальняя стрелка). Позиции подъема и заката смещены к югу в середине лета и к северу в середине зимы.

Изображены следующие случаи:

  • На абстрактной линии экватора (0 ° широты) максимальная высота Солнца велика в течение всего года, но не образует идеального прямого угла с землей в полдень каждый день. На самом деле это бывает два дня в году, во время равноденствий. Солнцестояние - это даты, когда Солнце находится дальше всего от зенита, но в любом случае также в этих случаях оно находится высоко в небе, достигая высоты 66,56 ° либо на севере, либо на юге. Все дни в году, включая солнцестояния, имеют одинаковую продолжительность - 12 часов.
  • Дуги дня солнцестояния, если смотреть с 20 ° широты . Солнце достигает своей кульминации на высоте 46,56 ° зимой и 93,44 ° летом. В этом случае угол больше 90 ° означает, что кульминация происходит на высоте 86,56 ° в противоположном кардинальном направлении. Например, в южном полушарии Солнце зимой остается на севере, но в разгар лета может достигать зенита на юг. Летние дни длиннее зимних, но разница составляет не более примерно двух с половиной часов. Ежедневный путь Солнца крутой у горизонта круглый год, поэтому сумерки длится всего около часа и 20 минут утром и вечером.
  • Дуги дня солнцестояния, если смотреть с 50 ° широты. Во время зимнего солнцестояния Солнце поднимается не более чем на 16,56 ° над горизонтом в полдень, но на 63,44 ° в период летнего солнцестояния над тем же направлением горизонта. Разница в продолжительности дня между летом и зимой, отсюда и на север, начинает бросаться в глаза - чуть больше 8 часов при зимнем солнцестоянии и более 16 часов во время летнего солнцестояния. Точно так же разница в направлении восхода и захода солнца. На этой широте в полночь (около 1 часа ночи в летний юридический час) летнее солнце находится на 16,56 ° ниже горизонта, что означает, что астрономические сумерки продолжаются всю ночь. Это явление известно как серые ночи , ночи, когда астрономам не становится достаточно темно.делать свои наблюдения за глубоким небом . Выше 60 ° широты Солнце будет еще ближе к горизонту, всего на 6,56 ° от него. Затем гражданские сумерки продолжаются почти всю ночь, только немного морских сумерек около местной полуночи. Выше 66,56 ° широты заката вообще нет - явление, называемое полуночным солнцем .
  • Дуги дня солнцестояния, если смотреть с 70 ° широты. В местный полдень зимнее Солнце достигает кульминации при -3,44 °, а летнее Солнце - 43,44 °. Иными словами, зимой Солнце не поднимается над горизонтом, это полярная ночь . Но сумерки еще будут. В местную полночь летнее Солнце достигает своей кульминации при 3,44 °. Другими словами, он не устанавливается; это полярный день.
  • Дуги дня солнцестояния, если смотреть с любого полюса (90 ° широты). Во время летнего или зимнего солнцестояния Солнце находится на 23,44 градуса выше или ниже горизонта, соответственно, независимо от времени суток. Пока Солнце восходит (в летние месяцы), оно будет вращаться вокруг всего неба (по часовой стрелке от Северного полюса и против часовой стрелки от Южного полюса ), оставаясь под тем же углом к ​​горизонту, поэтому концепция дня или ночь бессмысленна. Угол возвышения будет постепенно меняться в течение годового цикла, при этом Солнце достигает своей наивысшей точки в период летнего солнцестояния и восходит или заходит в день равноденствия., с продолжительными периодами сумерек, продолжающимися несколько дней после осеннего равноденствия и до весеннего равноденствия.
Дуги дня солнцестояния, если смотреть с выбранных широт

  • 0 ° широты ( экватор )

  • 20 ° широты

  • 50 ° широты

  • 70 ° широты

  • 90 ° широты ( любой полюс )

См. Также [ править ]

  • Эклиптика
  • Пассивный солнечный дизайн
  • Доступ к солнечной энергии
  • Пиранометр
  • Пиргелиометр
  • Гелиостат
  • Дневное освещение
  • Аналемма
  • Влияние угла наклона солнца на климат
  • Положение Солнца
  • Равноденствие
  • Солнцестояние

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Информация о солнечных ресурсах» . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Проверено 28 марта 2009 .
  2. ^ а б Хаврус, В .; Шелевицкий, И. (2010). «Введение в геометрию движения Солнца на основе простой модели» . Физическое образование . 45 (6): 641. Bibcode : 2010PhyEd..45..641K . DOI : 10.1088 / 0031-9120 / 45/6/010 .
  3. ^ Хаврус, В .; Шелевицкий, И. (2012). «Геометрия и физика времен года» . Физическое образование . 47 (6): 680. DOI : 10,1088 / 0031-9120 / 47 / 6/680 .
  4. ^ Librorum, Helluo (2012). «Заметки из Ноосферы: простая геометрия путей солнца, луны и звезд» . notesfromnoosphere.blogspot.com . Проверено 19 сентября 2013 года .[ ненадежный источник? ]

Внешние ссылки [ править ]

  • Таблица высоты и азимута Солнца или Луны военно-морской обсерватории США
  • Простая геометрия путей солнца, луны и звезд
  • Расчет и визуализация пути Солнца на Android
  • Путь солнца в дополненной реальности
  • Путь Солнца по месту и дате
  • Положение Солнца, диаграмма и пути по всему миру по местоположению и дате
  • Учебное пособие по проектированию сезонной и почасовой траектории солнечного света
  • Путь солнца на карте, диаграммах и в таблице, положение солнца для каждого места и даты
  • Положение Солнца по месту и дате