Trajanje dnevne svetlobe in višina sonca nad obzorjem sta odvisna od dveh dejavnikov: zemljepisne širine kraja in letnega časa. Osnovni vzrok za oboje pa je nagib zemeljske osi. Na tej strani boste našli nazorne sheme, štiri ključne datume v letu, formulo za izračun višine sonca, razlage nalog v slogu zaključnih izpitov in interaktivni kviz, s katerim lahko takoj preverite svoje znanje.
Od česa je odvisno trajanje dnevne svetlobe
Trajanje dnevne svetlobe je čas od sončnega vzhoda do sončnega zahoda. Zemlja opravlja dve gibanji: vrti se okoli svoje osi (menjava dneva in noči) in kroži okoli Sonca v enem letu (menjava letnih časov). Ključ do celotne teme je nagib zemeljske osi: nagnjena je za 23,5° glede na pravokotnico na ravnino orbite in skozi vse leto "kaže" v isto točko na nebu, proti Severnici.
Zaradi tega nagiba se polobli izmenično nastavljata sončnim žarkom. Ko je vaša polobla nagnjena proti Soncu, je pri vas poletje: sonce se dvigne visoko, dan je dolg. Ko je polobla nagnjena stran, je zima: sonce je nizko, dan je kratek. Če nagiba osi ne bi bilo, bi bil dan povsod in vedno enak noči, letni časi pa bi izginili.
Solsticiji in enakonočja: štirje glavni datumi
V enem letu Zemlja preide štiri ključne točke na svoji orbiti. V dneh enakonočij je sonce opoldne v zenitu nad ekvatorjem, dan pa je na celotnem planetu enak noči. V dneh solsticijev je sonce v zenitu nad enim od povratnikov (širina 23,5°), razlika med dnevom in nočjo pa je največja. Ti štirje datumi so oporne točke vsake naloge na to temo in jih je koristno znati na pamet.
Višina sonca nad obzorjem pozimi in poleti
Višina sonca \(h\) je kot med ravnino obzorja in smerjo proti soncu. Največja je ob pravem poldnevu, ko sonce prečka nebesni poldnevnik (na severni polobli je v tem trenutku točno na jugu).
Poleti sončni lok poteka visoko nad obzorjem: vzhod se premakne proti severovzhodu, zahod proti severozahodu, pot sonca po nebu je dolga. Pozimi je lok nizek in kratek: vzhod je na jugovzhodu, zahod na jugozahodu. Od tod sledi neposredna povezava na isti zemljepisni širini: višje kot je opoldansko sonce, daljši je dan.
Višina sonca nad obzorjem: formula
Opoldansko višino sonca izračunamo s pomočjo zemljepisne širine kraja \(\varphi\):
- v dneh enakonočij (21. marec in 23. september): \(h = 90° - \varphi\);
- v dnevu poletnega solsticija (22. junij): \(h = 90° - \varphi + 23,5°\);
- v dnevu zimskega solsticija (22. december): \(h = 90° - \varphi - 23,5°\).
Splošna oblika formule: \(h = 90° - \varphi + \delta\), kjer je \(\delta\) deklinacija sonca, njegova kotna razdalja od nebesnega ekvatorja. V enem letu se deklinacija gladko spreminja od \(-23,5°\) (22. december) do \(+23,5°\) (22. junij), ob enakonočjih pa je enaka \(0°\).
Dve koristni posledici. Če izračun da \(h \le 0°\) — sonce opoldne ne vzide nad obzorje: na tej širini vlada polarna noč. Formula pa rešuje tudi obratno nalogo: z merjenjem opoldanske višine sonca lahko določimo zemljepisno širino kraja — \(\varphi = 90° - h + \delta\). Prav tako so se stoletja orientirali pomorščaki.
Kako se spreminjata dan in višina sonca pri gibanju s severa proti jugu
Klasično vprašanje nalog: kaj se zgodi s trajanjem dneva in višino sonca, če se premikamo proti ekvatorju?
Z višino sonca je vse preprosto: pri gibanju proti jugu (na severni polobli) se zemljepisna širina zmanjšuje in po formuli \(h = 90° - \varphi + \delta\) opoldanska višina narašča v vsakem letnem času — sonce je vedno višje tam, kjer smo bližje ekvatorju.
Trajanje dneva pa se obnaša različno. Pozimi je na jugu dan daljši. Poleti pa nasprotno, krajši: na visokih širinah poletno sonce opiše zelo dolg lok in skoraj (ali sploh) ne zaide — vse do polarnega dne. Zato je odgovor na vprašanje "kje je trajanje dnevne svetlobe daljše" odvisen od letnega časa: pozimi — bližje ekvatorju, poleti — bližje polu.
| Gibanje proti jugu, k ekvatorju | Pozimi | Poleti |
|---|---|---|
| Opoldanska višina sonca | narašča ↑ | narašča ↑ |
| Trajanje dneva | narašča ↑ | se zmanjšuje ↓ |
Primeri reševanja nalog
Primer 1. Izračun višine sonca po formuli (Moskva)
Naloga: določite opoldansko višino sonca v Moskvi (širina 56° s.g.š.) v dneh enakonočij in solsticijev.
1. korak. Enakonočji (21. marec, 23. september): \(h = 90° - \varphi = 90° - 56° = 34°\).
2. korak. Poletni solsticij (22. junij): \(h = 90° - 56° + 23,5° = 57,5°\).
3. korak. Zimski solsticij (22. december): \(h = 90° - 56° - 23,5° = 10,5°\).
Odgovor: 34°, 57,5° in 10,5°. Bodite pozorni na razpon: v pol leta se opoldansko sonce v Moskvi "spusti" za skoraj 47° — točno za dvakratni nagib zemeljske osi.
Primer 2. Murmansk in Soči v maju: kje je dan daljši?
Naloga: 12. maja je v Murmansku (69° s.g.š.) višina sonca 39°, trajanje dneva 20 ur 40 min; v Sočiju (43° s.g.š.) pa 64° in 14 ur 37 min. Pojasnite razlike.
1. korak. Primerjamo širine: Murmansk je precej bolj severno od Sočija.
2. korak. Višina sonca: v Sočiju je širina manjša, torej je sonce višje (64° proti 39°) — to velja v vsakem letnem času.
3. korak. Trajanje dneva: maj je skoraj poletje, poleti pa je dan daljši na visokih širinah. Murmansk je blizu polarnega kroga, tam se bliža polarni dan — 20 ur 40 min proti 14 uram 37 min v Sočiju.
Zaključek: poleti "višje sonce" in "daljši dan" nista ista stvar: sonce je višje na jugu, dan pa je daljši na severu.
Primer 3. Razvrščanje mest po trajanju dneva 22. decembra
Naloga: razvrstite Arhangelsk (64° s.g.š.), Moskvo (56° s.g.š.) in Soči (43° s.g.š.) po naraščajočem trajanju dneva 22. decembra.
1. korak. 22. december je zimski solsticij: pozimi je dan tem daljši, čim bližje ekvatorju smo.
2. korak. Razvrstimo širine po padajočem vrstnem redu: Arhangelsk (64°) → Moskva (56°) → Soči (43°).
3. korak. Torej dan narašča v istem vrstnem redu: najkrajši je v Arhangelsku, najdaljši v Sočiju.
Odgovor: Arhangelsk, Moskva, Soči. Preverjanje z zdravo pametjo: bolj severno kot si pozimi, bližje si polarni noči.
Pogoste napake
-
Misel, da je poleti dan vedno daljši na jugu — "saj je tam topleje".
Znotraj ene poloble je poleti dan daljši na VISOKIH širinah, vse do polarnega dne. V Murmansku 22. junija sonce sploh ne zaide, v Sočiju pa dan traja približno 15 ur. Toplota na jugu ni posledica dolžine dneva, temveč višine sonca: njegovi žarki padajo pod bolj strmim kotom.
-
Razlaga menjave letnih časov s spremembo razdalje od Zemlje do Sonca.
Zemljina orbita je skoraj krožna, Zemlja pa je Soncu najbližje v začetku januarja — sredi zime na severni polobli. Vzrok za letne čase je nagib zemeljske osi za 23,5°, ne razdalja.
-
Zamenjava smeri: "bolj severno" in "večja širina" v glavi ne povezujejo.
Na severni polobli "bolj severno" = "večja širina", "bližje ekvatorju" = "manjša širina". Preden primerjate mesta, si izpišite njihove širine — polovica napak bo izginila sama od sebe.
-
Izguba predznaka deklinacije v formuli: pozimi prištevajo 23,5° namesto odštevanja.
Zapomnite si skrajni točki: 22. junija je deklinacija +23,5° (sonce višje), 22. decembra −23,5° (nižje), ob enakonočjih 0°. Preverite odgovor z zdravo pametjo: zimska višina mora biti manjša od spomladanske.
-
Misel, da je polarni dan sonce v zenitu nad polom.
V polarnem dnevu sonce preprosto ne zaide za obzorje, vendar hodi NIZKO nad njim. Nad 23,5° širine zenit načeloma ni dosegljiv: sonce je v zenitu lahko le med povratnikoma.
Vprašanja in odgovori
Od česa je odvisno trajanje dnevne svetlobe?
Od zemljepisne širine kraja in letnega časa. Osnovni vzrok je nagib zemeljske osi za 23,5°: zaradi njega se polobli izmenično nagibata proti Soncu, kar skozi leto spreminja dolžino dneva in višino sonca. Na ekvatorju dan vedno traja približno 12 ur, bolj kot gremo proti poloma, večja so letna nihanja.
Kje je trajanje dnevne svetlobe daljše?
Odvisno od letnega časa. Pozimi je dan daljši bližje ekvatorju, poleti — bližje polu (vse do polarnega dne za polarnim krogom). V dneh enakonočij, 21. marca in 23. septembra, je dan povsod približno enak 12 uram.
Kako se spreminja višina sonca pozimi?
Opoldanska višina sonca upada od jesenskega enakonočja do 22. decembra in spet narašča proti pomladi. Pozimi je sonce nižje kot poleti za dvakratni nagib osi — za 47°. Pri gibanju proti jugu se zimsko sonce dvigne višje: februarja je v Murmansku opoldanska višina okoli 8°, v Sočiju pa okoli 34°.
Kako sta povezana zemljepisna širina in višina sonca?
Večja kot je širina (bolj kot smo oddaljeni od ekvatorja), nižje je opoldansko sonce. Natančna povezava je podana s formulo h = 90° − φ + δ, kjer je φ širina, δ pa deklinacija sonca. Zato lahko z izmerjeno višino sonca izračunamo širino — to metodo so od nekdaj uporabljali pomorščaki.
S katero formulo najdemo višino sonca nad obzorjem?
V dneh enakonočij je h = 90° − φ. V solsticijih rezultatu prištejemo (poletje) ali od njega odštejemo (zima) nagib osi 23,5°. Univerzalen zapis: h = 90° − φ + δ, kjer se deklinacija δ skozi leto spreminja od −23,5° do +23,5°.
Kaj sta polarni dan in polarna noč?
To sta obdobji, ko sonce več kot 24 ur ne zaide za obzorje (polarni dan) ali ne vzide (polarna noč). Pojavljata se za polarnima krogoma — na širinah nad 66,5°. Na samem polu dan in noč trajata skoraj po pol leta.
