Как Солнце движется по небу в течение дня в разное время года?

А ну-ка отгадайте загадку: всходит, заходит, но с места не сходит. Что это?.. Правильно, это Солнце. Каждое утро мы можем видеть, как оно появляется из-за горизонта в восточной части неба. Затем постепенно поднимается над горизонтом и, наконец, в полдень достигает наивысшего положения на небе. После этого Солнце постепенно опускается, приближаясь к горизонту, и заходит в западной части неба.

А замечали ли вы, что в течение года продолжительность дня и ночи меняется? Летом дни долгие и тёплые (даже иногда жаркие). А вот зимой не успеешь прийти из школы, как уже наступает вечер. Ещё в глубокой древности люди, наблюдавшие за перемещением Солнца по небу, обнаружили, что его полуденная высота меняется с течением года. Летом Солнце поднимается высоко, его путь на небе очень длинный. А зимой оно поднимается невысоко – и довольно скоро спешит к закату.

Если в течение года ежедневно отмечать положение Солнце на небесной сфере в момент, когда оно находится в наивысшей точке на небе, то мы получим большой круг, представляющий проекцию видимого пути центра солнечного диска в течение года. Этот круг древними греками был назван эклиптикой, что переводится, как ‘затмение’.

Конечно же, перемещение Солнца на фоне звёзд – это кажущееся явление. И вызвано оно вращением Земли вокруг Солнца. То есть, по сути, в плоскости эклиптики лежит путь Земли вокруг Солнца – её орбита.

Когда мы говорим, что Солнце восходит на востоке, а заходит на западе, то ошибаемся. Дело в том, что восток и запад – это точки на горизонте. Но Солнце каждый день восходит и заходит в разных точках горизонта – от северо-востока до юго-востока при восходе и от северо-запада до юго-запада при заходе. Поэтому в разные сезоны у Солнца в течение дня получается разный путь по небу: зимой он короткий, а летом длинный. И лишь два дня в году Солнце восходит точно на востоке и заходит точно на западе. Эти дни имеют своё название – дни равноденствия. В северном полушарии весеннее равноденствие происходит 20 или 21 марта, когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное. А осеннее равноденствие происходит 22 или 23 сентября, когда Солнце переходит из северного полушария в южное.

Кроме дней равноденствия, на эклиптике выделяют ещё две промежуточные точки, в которых высота Солнца над горизонтом бывает наибольшим и наименьшим. Эти точки получили название точек солнцестояния. В точке летнего солнцестояния (она ещё называется точкой рака) Солнце поднимается на максимально возможную высоту над горизонтом. В точке зимнего солнцестояния (точка козерога) высота Солнца над горизонтом минимальна.

Созвездия, по которым проходит эклиптика получили названия эклиптические.

Ещё в Древней Месопотамии было замечено, что Солнце, при своём видимом годовом движении проходит через 12 созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей и Рыбы

Позже, древние греки назвали этот пояс Поясом Зодиака. Дословно это переводится, как «круг из животных». И действительно, если посмотреть на названия зодиакальных созвездий, то несложно увидеть, что их половина в классическом греческом зодиаке представлена в виде животных.

За начало движения Солнца по эклиптике принимается день весеннего равноденствия (около 21 марта). Суточная параллель Солнца под влиянием его годового движения непрерывно смещается. Поэтому общее движение Солнца на небе происходит как бы по спирали, которая является результатом сложения суточного и годового движения. Итак, двигаясь по спирали, Солнце постепенно увеличивает свою полуденную высоту. При этом продолжительность светового дня в Северном полушарии растёт, а в Южном – убывает. И это увеличение будет происходить до тех пор, пока полуденная высота Солнца над горизонтом не достигнет максимума (что произойдёт примерно 22 июня, в день летнего солнцестояния). Название «солнцестояние» связано с тем, что в это время (примерно 4 дня) Солнце практически не изменяет своей полуденной высоты (то есть как бы «стоит»).

После солнцестояния высота Солнца постепенно начинает уменьшаться. И длинный день начинает постепенно убывать до тех пор, пока день и ночь не сравняются (то есть примерно до 23 сентября).

После прохождения Солнцем точки осеннего равноденствия, в Северном полушарии день продолжает убывать, а в Южном, наоборот, возрастает. И это будет продолжаться до тех пор, пока Солнце не достигнет точки зимнего солнцестояния (примерно 22 декабря). Здесь Солнце опять примерно 4 дня практически не будет изменять своего склонения. В это время в Северном полушарии наблюдаются самые короткие дни и самые длинные ночи. В Южном наоборот, в разгаре лето и самый длинный день.

Через 4 дня, для наблюдателя в Северном полушарии, высота Солнца начнёт постепенно увеличиваться. И, примерно, через 3 месяца светило опять придёт в точку весеннего равноденствия.

Теперь давайте переместимся на Северный полюс. Здесь суточное движение Солнца практически параллельно горизонту. Поэтому в течение полугода Солнце не заходит, описывая круги над горизонтом – наблюдается полярный день.

Через полгода Солнце перейдёт в южное полушарие. И на Северном полюсе начнётся полярная ночь. Она также будет длиться около полугода.

Переместимся на экватор. Здесь наше Солнце, как и все другие светила, восходит и заходит перпендикулярно плоскости горизонта. Поэтому на экваторе день всегда равен ночи.

Почему Солнце так по-разному себя ведёт?

Мы видим движение солнца потому, что сами движемся вместе с Землёй вокруг её оси. Вспомни, что ты видишь, когда крутишься на карусели. Тебе кажется, что вокруг движутся дома, деревья и все предметы. То же самое происходит с нами, землянами. Земля вращается вокруг своей оси. Мы находимся на её поверхности, и нам кажется, что всё вокруг движется вокруг нас: Солнце, Луна, звёзды, всё небо. Это суточное движение.

Мы участвуем в двух движениях нашей планеты – суточном и годичном. Суточное вращение позволяет наблюдать смену дня и ночи. А годичное? Сразу хочется сказать: «Годичное движение Земли вокруг Солнца приводит к смене времён года». Однако тут не всё так просто.

Если бы наша планета вращалась вокруг своей оси, стоя вертикально, как стойкий оловянный солдатик из сказки, то никаких времён года у нас не было бы. Климат в каждой местности зависел бы только от того, где это место: на экваторе, в средних широтах или на полюсе.

Количество солнечного света и тепла в каждом месте планеты всегда было бы примерно одним и тем же. Но в действительности ось вращения Земли наклонена к плоскости земной орбиты, и своё положение (направление) в пространстве она не меняет. Ось её вращения всегда сохраняет своё направление. Поэтому через каждые полгода (пол-оборота по орбите) наша планета смотрит на Солнце то северным своим полюсом (тогда в Северном полушарии лето), то южным (тогда у нас зима, а в Австралии и Аргентине лето). А весной и осенью Земля располагается так, что и Южному, и Северному её полушарию достаётся поровну солнечных лучей.

Чтобы наглядно увидеть, как Земля освещается солнечными лучами в течение года, соберём простую модель. Нам понадобятся небольшой глобус Земли и настольная лампа без абажура.

Для начала поставим лампу в центре стола (это будет наше «Солнце») и на воображаемой орбите Земли (можно нарисовать эту линию, постелив на стол большой лист бумаги) поставим глобус так, чтобы Северный полюс смотрел на «Солнце». Посмотрите, как освещается глобус. Какая его часть получает больше света?..

А теперь будем перемещать «Землю» вокруг «Солнца» по орбите. Остановимся через четверть круга. Как теперь освещён глобус?..

Дальше самостоятельно перемещайте глобус дальше, делайте остановки через каждую четверть круга и смотрите, что происходит с её освещением солнечными лучами. Важно, чтобы ось глобуса не меняла направление.

В конце сделайте выводы о том, как солнечные лучи падают на поверхность Земли в разное время года.

Ну а чтобы понять, почему зимой у нас холодно, а летом жарко, проведём ещё один небольшой опыт. Для него нам понадобятся два термометра и две одинаковые открытые коробочки, подготовленные заранее: их надо оклеить внутри чёрной бумагой или окрасить чёрной краской, лучше гуашью.

Опыт будем проводить в солнечный день, между 12 и 14 часами, когда Солнце стоит высоко в южной стороне неба. Для выполнения задания тебе обязательно понадобится помощь соседа по парте или учителя.

Итак, в каждой коробочке установим термометр. А коробочки разместим рядом, но под разными углами к плоскости стола или подоконника. Одна коробочка должна стоять так, чтобы лучи падали на её внутреннюю часть и на термометр перпендикулярно. Другую коробочку расположим так, чтобы лучи скользили под острым углом, наклонно, то есть её можно просто положить на стол.

В тетради нарисуем такую же табличку. В неё мы будем записывать показания термометров.

После того, как вы нарисовали табличку, запишите в неё значение температуры, которую показывает каждый термометр.

Теперь подождите 10–15 минут и ещё раз замерьте показания термометров.

Теперь найдите разность показаний термометров и запишите данные в таблицу.

По разнице показаний, попробуйте самостоятельно сделать вывод о том, почему же зимой у нас холодно, а летом – жарко.