Dienos ilgumas ir saulės aukštis virš horizonto priklauso nuo dviejų veiksnių: vietos geografinės platumos ir metų laiko. Tačiau pagrindinė abiejų priežastis — Žemės ašies pasvirimas. Šiame puslapyje rasite vaizdines schemas, keturias svarbiausias metų datas, saulės aukščio skaičiavimo formulę, uždavinių pavyzdžius ir interaktyvią viktoriną, kurioje galėsite iškart pasitikrinti savo žinias.
Nuo ko priklauso dienos ilgumas
Dienos ilgumas — tai laikas nuo saulėtekio iki saulėlydžio. Žemė atlieka du judesius: sukasi aplink savo ašį (dienos ir nakties kaita) ir skrieja aplink Saulę per metus (metų laikų kaita). Visos temos raktas — Žemės ašies pasvirimas: ji pasvirusi 23,5° kampu į orbitos plokštumą ir visus metus „žiūri“ į tą patį dangaus tašką, Šiaurinę žvaigždę.
Dėl šio pasvirimo pusrutuliai pakaitomis atsukami į saulės spindulius. Kai jūsų pusrutulis pasviręs į Saulę — pas jus vasara: saulė pakyla aukštai, diena ilga. Kai pusrutulis nusigręžęs — žiema: saulė žemai, diena trumpa. Jei ašis nebūtų pasvirusi, diena visur ir visada būtų lygi nakčiai, o metų laikų nebūtų.
Saulėgrįžos ir lygiadieniai: keturios svarbiausios datos
Per metus Žemė praeina keturis svarbius orbitos taškus. Lygiadienių dienomis saulė vidurdienį yra zenite virš pusiaujo, o diena visoje planetoje lygi nakčiai. Saulėgrįžų dienomis saulė yra zenite virš vieno iš atogrąžų (23,5° platuma), o skirtumas tarp dienos ir nakties yra maksimalus. Šios keturios datos — atramos taškai bet kokiame šios temos uždavinyje, jas verta žinoti atmintinai.
Saulės aukštis virš horizonto žiemą ir vasarą
Saulės aukštis \(h\) — tai kampas tarp horizonto plokštumos ir krypties į saulę. Jis maksimalus tikrąjį vidurdienį, kai saulė kerta dangaus dienovidinį (Šiaurės pusrutulyje tuo metu ji yra tiksliai pietuose).
Vasarą saulės lankas eina aukštai virš horizonto: saulėtekis pasislenka į šiaurės rytus, saulėlydis — į šiaurės vakarus, saulės kelias danguje ilgas. Žiemą lankas žemas ir trumpas: saulėtekis — pietryčiuose, saulėlydis — pietvakariuose. Iš čia tiesioginis ryšys toje pačioje platumoje: kuo aukščiau saulė vidurdienį, tuo ilgesnė diena.
Saulės aukštis virš horizonto: formulė
Pietinį saulės aukštį skaičiuojame pagal vietos geografinę platumą \(\varphi\):
- lygiadienių dienomis (kovo 21 d. ir rugsėjo 23 d.): \(h = 90° - \varphi\);
- vasaros saulėgrįžos dieną (birželio 22 d.): \(h = 90° - \varphi + 23,5°\);
- žiemos saulėgrįžos dieną (gruodžio 22 d.): \(h = 90° - \varphi - 23,5°\).
Bendroji formulės išraiška: \(h = 90° - \varphi + \delta\), kur \(\delta\) — saulės deklinacija, jos kampinis atstumas nuo dangaus pusiaujo. Per metus deklinacija tolygiai kinta nuo \(-23,5°\) (gruodžio 22 d.) iki \(+23,5°\) (birželio 22 d.), o lygiadienių metu lygi \(0°\).
Dvi naudingos išvados. Jei skaičiavimas rodo \(h \le 0°\) — saulė vidurdienį nepakyla virš horizonto: šioje platumoje yra poliarinė naktis. Be to, formulė sprendžia atvirkštinį uždavinį: išmatavus pietinį saulės aukštį, galima nustatyti vietos platumą — \(\varphi = 90° - h + \delta\). Būtent taip šimtmečius orientavosi jūrininkai.
Kaip kinta diena ir saulės aukštis judant iš šiaurės į pietus
Klasikinis uždavinių klausimas: kas nutiks su dienos ilgumu ir saulės aukščiu, jei judėsime link pusiaujo?
Su saulės aukščiu viskas paprasta: judant į pietus (Šiaurės pusrutulyje) platuma mažėja, ir pagal formulę \(h = 90° - \varphi + \delta\) pietinis aukštis auga bet kuriuo metų laiku — saulė visada aukščiau ten, kur arčiau pusiaujo.
O štai dienos ilgumas kinta skirtingai. Žiemą pietuose diena ilgesnė. Vasarą — atvirkščiai, trumpesnė: aukštose platumose vasaros saulė aprašo labai ilgą lanką ir beveik (arba visai) nenusileidžia — iki pat poliarinės dienos. Todėl atsakymas į klausimą „kur dienos ilgumas didesnis“ priklauso nuo sezono: žiemą — arčiau pusiaujo, vasarą — arčiau ašigalio.
| Judame į pietus, link pusiaujo | Žiemą | Vasarą |
|---|---|---|
| Pietinis saulės aukštis | auga ↑ | auga ↑ |
| Dienos ilgumas | auga ↑ | mažėja ↓ |
Uždavinių sprendimo pavyzdžiai
1 pavyzdys. Saulės aukščio skaičiavimas pagal formulę (Maskva)
Uždavinys: nustatykite pietinį saulės aukštį Maskvoje (56° š. pl.) lygiadienių ir saulėgrįžų dienomis.
1 žingsnis. Lygiadieniai (kovo 21 d., rugsėjo 23 d.): \(h = 90° - \varphi = 90° - 56° = 34°\).
2 žingsnis. Vasaros saulėgrįža (birželio 22 d.): \(h = 90° - 56° + 23,5° = 57,5°\).
3 žingsnis. Žiemos saulėgrįža (gruodžio 22 d.): \(h = 90° - 56° - 23,5° = 10,5°\).
Atsakymas: 34°, 57,5° ir 10,5°. Atkreipkite dėmesį į amplitudę: per pusmetį pietinė saulė Maskvoje „nusileidžia“ beveik 47° — lygiai per dvigubą Žemės ašies pasvirimą.
2 pavyzdys. Murmanskas ir Sočis gegužę: kur diena ilgesnė?
Uždavinys: gegužės 12 d. Murmanske (69° š. pl.) saulės aukštis 39°, dienos ilgumas 20 val. 40 min; Sočyje (43° š. pl.) — 64° ir 14 val. 37 min. Paaiškinkite skirtumus.
1 žingsnis. Lyginame platumas: Murmanskas daug šiauriau nei Sočis.
2 žingsnis. Saulės aukštis: Sočyje platuma mažesnė, vadinasi, saulė aukščiau (64° prieš 39°) — tai galioja bet kuriuo sezonu.
3 žingsnis. Dienos ilgumas: gegužė — beveik vasara, o vasarą diena ilgesnė aukštose platumose. Murmanskas prie poliarinio rato, ten artėja poliarinė diena — 20 val. 40 min prieš 14 val. 37 min Sočyje.
Išvada: vasarą „aukštesnė saulė“ ir „ilgesnė diena“ — ne tas pats: saulė aukščiau pietuose, o diena ilgesnė šiaurėje.
3 pavyzdys. Miestų išdėstymas pagal dienos ilgumą gruodžio 22 d.
Uždavinys: išdėstykite Archangelską (64° š. pl.), Maskvą (56° š. pl.) ir Sočį (43° š. pl.) pagal dienos ilgumo didėjimą gruodžio 22 d.
1 žingsnis. Gruodžio 22 d. — žiemos saulėgrįža: žiemą diena tuo ilgesnė, kuo arčiau pusiaujo.
2 žingsnis. Išdėstome platumas mažėjimo tvarka: Archangelskas (64°) → Maskva (56°) → Sočis (43°).
3 žingsnis. Vadinasi, diena ilgėja ta pačia tvarka: trumpiausia Archangelske, ilgiausia Sočyje.
Atsakymas: Archangelskas, Maskva, Sočis. Sveiko proto patikrinimas: kuo šiauriau žiemą, tuo arčiau poliarinės nakties.
Dažnos klaidos
-
Manoma, kad vasarą diena visada ilgesnė pietuose — „juk ten šilčiau“.
Vieno pusrutulio ribose vasarą diena ilgesnė AUKŠTOSE platumose, iki pat poliarinės dienos. Murmanske birželio 22 d. saulė nenusileidžia visai, o Sočyje diena apie 15 valandų. Šiluma pietuose ne nuo dienos ilgumo, o nuo saulės aukščio: jos spinduliai krenta arčiau statmeno kampo.
-
Metų laikų kaitą aiškina atstumo nuo Žemės iki Saulės kitimu.
Žemės orbita beveik apskrita, o prie Saulės Žemė arčiausiai sausio pradžioje — Šiaurės pusrutulio žiemos įkarštyje. Sezonų priežastis — Žemės ašies pasvirimas 23,5° kampu, o ne atstumas.
-
Painioja kryptis: „šiauriau“ ir „didelė platuma“ galvoje gyvena atskirai.
Šiaurės pusrutulyje „šiauriau“ = „platuma didesnė“, „arčiau pusiaujo“ = „platuma mažesnė“. Prieš lygindami miestus, užsirašykite jų platumas — pusė klaidų išnyks savaime.
-
Pamiršta deklinacijos ženklą formulėje: žiemą prideda 23,5° vietoj atėmimo.
Įsiminkite kraštinius taškus: birželio 22 d. deklinacija +23,5° (saulė aukščiau), gruodžio 22 d. −23,5° (žemiau), lygiadienių metu 0°. Tikrinkite atsakymą sveiku protu: žiemos aukštis privalo būti mažesnis už pavasario.
-
Galvoja, kad poliarinė diena — tai saulė zenite virš ašigalio.
Poliarinės dienos metu saulė tiesiog nenusileidžia už horizonto, bet juda ŽEMAI virš jo. Aukščiau 23,5° platumos zenitas iš principo nepasiekiamas: saulė zenite būna tik tarp atogrąžų.
Klausimai ir atsakymai
Nuo ko priklauso dienos ilgumas?
Nuo vietos geografinės platumos ir metų laiko. Pagrindinė priežastis — Žemės ašies pasvirimas 23,5° kampu: dėl jo pusrutuliai pakaitomis pasvyra į Saulę, keisdami dienos ilgumą ir saulės aukštį per metus. Pusiaujyje diena visada apie 12 valandų, o kuo toliau link ašigalių, tuo didesni metiniai svyravimai.
Kur dienos ilgumas didesnis?
Priklauso nuo sezono. Žiemą diena ilgesnė arčiau pusiaujo, vasarą — arčiau ašigalio (iki pat poliarinės dienos už poliarinio rato). Lygiadienių dienomis, kovo 21 d. ir rugsėjo 23 d., diena visur maždaug lygi 12 valandų.
Kaip kinta saulės aukštis žiemą?
Pietinis saulės aukštis mažėja nuo rudens lygiadienio iki gruodžio 22 d. ir vėl auga pavasario link. Žiemą saulė žemiau nei vasarą per dvigubą ašies pasvirimą — 47°. Judant į pietus žiemos saulė pakyla aukščiau: vasarį Murmanske pietinis aukštis apie 8°, o Sočyje — apie 34°.
Kaip susiję vietos platuma ir saulės aukštis?
Kuo didesnė platuma (kuo toliau nuo pusiaujo), tuo žemiau pietinė saulė. Tikslus ryšys išreiškiamas formule h = 90° − φ + δ, kur φ — platuma, δ — saulės deklinacija. Todėl pagal išmatuotą saulės aukštį galima apskaičiuoti platumą — šiuo būdu senovėje naudojosi jūrininkai.
Pagal kokią formulę randamas saulės aukštis virš horizonto?
Lygiadienių dienomis h = 90° − φ. Saulėgrįžų metu prie rezultato pridedame (vasara) arba atimame (žiema) ašies pasvirimą 23,5°. Universalus užrašas: h = 90° − φ + δ, kur deklinacija δ per metus kinta nuo −23,5° iki +23,5°.
Kas yra poliarinė diena ir poliarinė naktis?
Tai laikotarpiai, kai saulė ilgiau nei parą nenusileidžia už horizonto (poliarinė diena) arba nepateka (poliarinė naktis). Stebimi už poliarinių ratų — platumose aukščiau 66,5°. Pačiame ašigalyje ir diena, ir naktis trunka beveik po pusmetį.
