Тени тропического солнцестояния

Солнцестояния отмечают смену времен года, происходят дважды в год и характеризуются самым коротким и самым длинным световым днем ​​в году — в зависимости от вашего полушария. Эти крайности в продолжительности дня и ночи делают дни солнцестояния более заметными для многих наблюдателей, чем тонкое равенство дня и ночи, наблюдаемое во время равноденствий.

Солнцестояния были одними из самых ранних астрономических наблюдений, которые на протяжении всей истории отмечались множеством летних и зимних праздников.

Солнцестояния происходят дважды в год, а в 2024 году они наступят 20 июня в 16:50 по восточному времени (20:50 по всемирному координированному времени) и 21 декабря в 4:19 по восточному стандартному времени (9:18 по всемирному координированному времени). Июньское солнцестояние отмечает момент, когда Солнце находится в самом северном положении по отношению к экватору Земли, а декабрьское солнцестояние отмечает его самое южное положение.

Летнее солнцестояние происходит в день, когда солнце достигает своей наивысшей точки в солнечный полдень для регионов за пределами тропиков, и эти наблюдатели испытывают самый длинный световой день в году. И наоборот, во время зимнего солнцестояния солнце находится в самой низкой точке в солнечный полдень за год, и наблюдатели за пределами тропиков видят наименьшее количество дневного света и самую длинную ночь в году.

Июньское солнцестояние знаменует начало лета для жителей Северного полушария и зимы для жителей Южного полушария, а в декабре верно обратное, из-за наклона оси вращения Земли. Например, это означает, что во время июньского солнцестояния Северное полушарие получает больше прямого солнечного света, чем Южное.

Наклон Земли достаточен для того, чтобы в северных полярных регионах во время июньского солнцестояния солнечный свет был 24 часа в сутки, а в южных полярных регионах — 24 часа в сутки, находясь глубоко в тени Земли. Тот же наклон означает, что полгода спустя, в декабре, в полярных регионах Земли также происходит смена света и тени: 24 часа ночи на севере и 24 часа дневного света на юге.

В зависимости от того, насколько близко вы находитесь к полюсам, такие экстремальные условия освещения могут длиться в течение многих месяцев, причем их продолжительность становится тем глубже, чем ближе вы к полюсам.

Ведущий из Астрономического клуба Сан-Антонио в Пуэрто-Рико демонстрирует группе геометрию Земли и Солнца во время «День нулевой тени» событие. Поскольку Пуэрто-Рико расположено в нескольких градусах к югу от тропика Рака, два дня с нулевой тенью наступают всего за несколько недель до и после июньского солнцестояния. Глобусы — это удобный и практичный способ визуализировать солнцестояния и равноденствия для больших групп людей на открытом воздухе, особенно на открытом воздухе в солнечные дни. Фото: Хуан Веласкес / Астрономический клуб Сан-Антонио.

Хотя дни солнцестояния очень заметны для наблюдателей в средних и высоких широтах, это не относится к наблюдателям в тропиках — областях Земли, расположенных между тропиком Рака и тропиком Козерога. Вместо этого люди испытывают два «нулевая тень» дней в году. В эти дни, когда в солнечный полдень солнце находится прямо над головой, объекты отбрасывают минимальную тень по сравнению с остальной частью года.

Если вы хотите в этот момент увидеть собственную тень, вам придется прыгнуть! Точная дата дней с нулевой тенью зависит от широты; наблюдатели на тропике Рака (23,5° к северу от экватора) переживают день нулевой тени в день июньского солнцестояния, а наблюдатели на тропике Козерога (23,5° к югу от экватора) получают день нулевой тени в декабрьское солнцестояние.

Наблюдатели на экваторе переживают два дня с нулевой тенью, находясь точно между этими двумя линиями широты; Экваториальные дни нулевой тени приходятся на мартовское и сентябрьское равноденствия.

Есть серьезная наука, которую можно сделать, внимательно наблюдая за тенями солнцестояния. Говорят, что примерно в 200 году до нашей эры Эратосфен наблюдал, как солнечный свет светил прямо в шахту колодца в полдень в день солнцестояния, недалеко от современного египетского города Асуан.

Вдохновленный, он сравнил измерения теней во время солнцестояния в этом месте с измерениями, полученными на севере, в городе Александрия. Рассчитав разницу в длине этих теней, а также расстояние между двумя городами, Эратосфен рассчитал приблизительную предварительную оценку окружности Земли, а также предоставил дополнительные доказательства того, что Земля представляет собой сферу!

У вас возникли трудности с визуализацией освещения и геометрии солнцестояния? Вы можете построить модель солнечного трека, которая поможет продемонстрировать путь солнца по небу в зависимости от времени года. Вы можете найти больше интересных занятий и ресурсов, подобных этой модели, в разделе «Длина волны и энергия» НАСА.