दिन की अवधि और क्षितिज के ऊपर सूर्य की ऊँचाई

दिन की अवधि सूर्योदय से सूर्यास्त तक का समय है। पृथ्वी दो गतियाँ करती है: अपनी धुरी पर घूमना (दिन और रात का परिवर्तन) और एक वर्ष में सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करना (ऋतुओं का परिवर्तन)। इस विषय की कुंजी पृथ्वी की धुरी का झुकाव है: यह कक्षा के तल के लंबवत से 23.5° झुकी हुई है और पूरे वर्ष आकाश में एक ही बिंदु, ध्रुव तारे की ओर 'देखती' है।

इस झुकाव के कारण, गोलार्ध बारी-बारी से सूर्य की किरणों के सामने आते हैं। जब आपका गोलार्ध सूर्य की ओर झुका होता है, तो आपके यहाँ गर्मी होती है: सूर्य ऊँचा होता है, दिन लंबा होता है। जब गोलार्ध दूर झुका होता है, तो सर्दी होती है: सूर्य नीचा होता है, दिन छोटा होता है। यदि धुरी का झुकाव नहीं होता, तो दिन और रात हर जगह हमेशा बराबर होते और ऋतुएँ गायब हो जातीं।

एक वर्ष में पृथ्वी अपनी कक्षा के चार प्रमुख बिंदुओं से गुजरती है। विषुव (Equinox) के दिनों में, दोपहर में सूर्य भूमध्य रेखा के ठीक ऊपर (zenith) होता है, और पूरी पृथ्वी पर दिन रात के बराबर होता है। संक्रांति (Solstice) के दिनों में, सूर्य एक उष्णकटिबंधीय क्षेत्र (23.5° अक्षांश) के ऊपर होता है, और दिन और रात के बीच का अंतर अधिकतम होता है। ये चार तिथियाँ इस विषय के किसी भी प्रश्न के लिए आधार बिंदु हैं, इन्हें याद रखना उपयोगी है।

सूर्य की ऊँचाई \(h\) क्षितिज के तल और सूर्य की दिशा के बीच का कोण है। यह सत्य दोपहर में अधिकतम होती है, जब सूर्य खगोलीय मेरिडियन को पार करता है (उत्तरी गोलार्ध में इस समय यह ठीक दक्षिण में होता है)।

गर्मियों में सूर्य का चाप क्षितिज के ऊपर ऊँचा होता है: सूर्योदय उत्तर-पूर्व की ओर खिसक जाता है, सूर्यास्त उत्तर-पश्चिम की ओर, आकाश में सूर्य का मार्ग लंबा होता है। सर्दियों में चाप नीचा और छोटा होता है: सूर्योदय दक्षिण-पूर्व में, सूर्यास्त दक्षिण-पश्चिम में। यहाँ से एक ही अक्षांश पर सीधा संबंध है: दोपहर का सूर्य जितना ऊँचा होगा, दिन उतना ही लंबा होगा।

दोपहर में सूर्य की ऊँचाई की गणना स्थान के भौगोलिक अक्षांश \(\varphi\) के माध्यम से की जाती है:

• विषुव के दिनों में (21 मार्च और 23 सितंबर): \(h = 90° - \varphi\);
• ग्रीष्म संक्रांति के दिन (22 जून): \(h = 90° - \varphi + 23.5°\);
• शीत संक्रांति के दिन (22 दिसंबर): \(h = 90° - \varphi - 23.5°\).

सूत्र का सामान्य रूप: \(h = 90° - \varphi + \delta\), जहाँ \(\delta\) — सूर्य का झुकाव (declination) है, खगोलीय भूमध्य रेखा से इसकी कोणीय दूरी। एक वर्ष में झुकाव धीरे-धीरे \(-23.5°\) (22 दिसंबर) से \(+23.5°\) (22 जून) तक बदलता है, और विषुव पर यह \(0°\) होता है।

दो उपयोगी निष्कर्ष। यदि गणना से \(h \le 0°\) प्राप्त होता है — तो सूर्य दोपहर में क्षितिज के ऊपर नहीं उठता: इस अक्षांश पर ध्रुवीय रात होती है। और सूत्र विपरीत समस्या को भी हल करता है: दोपहर में सूर्य की ऊँचाई को मापकर, स्थान का अक्षांश निर्धारित किया जा सकता है — \(\varphi = 90° - h + \delta\)। सदियों से नाविक इसी तरह दिशा निर्धारित करते थे।

प्रश्नों का एक क्लासिक सवाल: यदि आप भूमध्य रेखा की ओर बढ़ते हैं तो दिन की अवधि और सूर्य की ऊँचाई का क्या होगा?

सूर्य की ऊँचाई के साथ सब कुछ सरल है: दक्षिण की ओर बढ़ने पर (उत्तरी गोलार्ध में) अक्षांश कम हो जाता है, और सूत्र \(h = 90° - \varphi + \delta\) के अनुसार दोपहर की ऊँचाई किसी भी मौसम में बढ़ती है — सूर्य हमेशा वहाँ ऊँचा होता है जहाँ भूमध्य रेखा के करीब हो।

लेकिन दिन की अवधि अलग तरह से व्यवहार करती है। सर्दियों में दक्षिण में दिन लंबा होता है। गर्मियों में — इसके विपरीत, छोटा: उच्च अक्षांशों में ग्रीष्मकालीन सूर्य बहुत लंबा चाप बनाता है और लगभग (या बिल्कुल) अस्त नहीं होता — ध्रुवीय दिन तक। इसलिए 'दिन की अवधि कहाँ अधिक है' सवाल का जवाब मौसम पर निर्भर करता है: सर्दियों में — भूमध्य रेखा के करीब, गर्मियों में — ध्रुव के करीब।