Všichni jsme obeznámeni s denním pohybem slunce na obloze. Stoupá na východě, získává výš na obloze až do poledne a poté začne svůj hodinový sestup, aby se postavil na západním horizontu.
Můžete také vědět o majejší každoroční cestě naší hvězdy. Pro obyvatele severní polokoule, jak se léto blíží, se každý den v poledne pohybuje na obloze až do červnového slunovratu, když se otočí a začne se každý den do prosincového slunovratu snižovat.
Tyto pohyby jsou hodinky oblohy. Opakují s dostatečnou přesností, že na nich založíme naše měření času. Tento kosmický mechanismus však existuje více než dvě rychlostní stupně; Kromě toho existují jemné a elegantní – i když poněkud bizarní – kogy, které během roku houpají pozici slunce na obloze tam a zpět, stejně jako nahoru a dolů.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Pokud byste měli stát každý den na stejném místě a vyfotografovat slunce ve stejném čase hodin (ignorování posunu během denního času), po celém roce by pozice Slunce vytvořila na obloze osmičlennou postavu. Tento jev se nazývá Analemma a je to odraz axiálního náklonu Země a elipticity oběžné dráhy naší planety. Kombinují se jemnými způsoby, jak vytvořit vzorec postavy osmi, a nejlepším způsobem, jak to všechno pochopit, je prozkoumat tyto účinky samostatně.
Za prvé, jaká by byla pozici Slunce na obloze, kdyby Země neměla axiální náklon a její oběžná dráha byla dokonalým kruhem? V takovém případě by slunce každý den sledovalo přesně stejnou cestu na obloze. Pokud jste pořídili každodenní fotografii na stejném místě současně, slunce by bylo vždy na stejném místě na obloze; Analemma postavy-osm by se zhroutila, aby se stala jednoduchou tečkou. Ve skutečnosti máme jméno pro tento ideální pohyb: průměrný slunce („průměrný“ význam průměru). Průměrný pohyb Slunce přes oblohu je konstantní a neochvějný. Doslova byste mohli nastavit své hodiny tímto hypotetickým sluncem-a ve skutečnosti to děláme!-definovat 24hodinový den, který se nikdy nezmění. Můžete si myslet na průměrné slunce jako na hodiny. Vždy dosahuje svého nejvyššího bodu v den přesně v poledne.
Nyní se s tím povineme a přidáme naklonění Země. Naše planeta je převrácena o asi 23,5 stupňů vzhledem k rovině jeho oběžné dráhy kolem slunce. To mění skutečnou polohu Slunce – to, co nazýváme „pravému slunci“ – na obloze a způsobí, že se odchyluje od cesty průměrného slunce. Skutečné slunce je to, co byste použili k měření času, kdybyste měli sluneční hodiny, možná, možná bohužel, za posledních několik století, poněkud vypadli z módy.
Naklonění Země je to, co způsobuje roční období;; V létě, kdy je pól naší planety nakloněn směrem ke slunci, jsou dny delší a každodenní cesta skutečného slunce přes oblohu je vyšší. Opak platí v zimě.
To okamžitě vysvětluje sever-jih rozsah analemmu! Skutečné slunce se v létě zvyšuje a v zimě nižší, takže každý den v poledne mění jeho výšku nad horizontem trochu. V průběhu roku se skutečné slunce pohybuje vzdáleností na obloze, který se rovná dvakrát naklonění Země, nebo asi 47 stupňů (ve srovnání s úhlem 90 stupňů od horizontu k Zenithu, přímo nad hlavou).
Analemma však má také východo-západní rozsah, který mu dává tento tvar postavy osm. To je také z velké části kvůli naklonění Země.
Představte si, že jste na severní polokouli, obráceně na jih v poledne na prosincovém slunovratu, kdy je skutečné slunce po celý rok nejnižší polední bod na obloze. Každý den po příštích šesti měsících se trochu přesune na sever, zpočátku, poté zrychlí a dosáhne maximální rychlosti v rovnodennosti. Pak se to znovu zpomaluje až do letního slunovratu.
Protože se pohybuje na sever, nepohybuje se stejnou rychlostí jako průměrné slunce. Začne to zaostávat a trochu zaostávat na východ a trvat trochu více času, aby dosáhl svého denního vrcholu. (Dostane se k nejvyššímu bodu trochu poté, co hodiny ukazují poledne.) Každý den zaostává o něco více, trvá déle a déle, než dosáhne vrcholu své každodenní cesty.
Ale tady je místo, kde se věci zhoršují: jak se zvyšuje zpoždění pravého slunce, hodnotit ve kterém se to zaostává menší každý den. Stále klesá za průměrným sluncem, ale každý den je další množství menší. Pak se pohyb True Sun na východ zastaví, obrátí se a začne dohánět průměrné slunce. Nakonec se to stane dopředu, na západ průměrného slunce a dosáhne svého vrcholu před Průměrný sun poledne. To pokračuje ještě několik týdnů, dokud se jeho pohyb na západ nezpomaluje, zastaví se a zvrátí a začne se znovu pohybovat na východ. Nakonec dostatečně zpomaluje, aby se na něj průměrné slunce dotazovalo a prošel a celý proces začíná znovu.
Tento pohyb zpět a zpět, spojený s pohybem nahoru a dolů, vytváří celkový tvar postavy Osm v Analemmu.
Skutečná závislost tohoto pohybu je komplikovanou funkcí algebraické trigonometrie (a Sférická geometrie), ale nakonec, velmi Zhruba, v průběhu roku se slunce pohybuje před průměrným sluncem po dobu tří měsíců, pak za další tři, pak znovu dopředu, pak zase. Lather, opláchněte, opakujte.
Astronomové nazývají odchylka pravého slunce od průměrného slunce “rovnice času.„Používá se k tomu, aby zjistilo, jak moc je čas slunce z 24hodinových hodin průměrného slunce a přidává se až asi osmistupňovou exkurzi na východ a západ. To je mnohem menší než 47 stupňový sever-jih pohyb, takže analemma je úzká a vysoká.
To je komplikováno eliptickou orbitou Země. Země oběžné dráhy nejrychleji, když je nejblíže ke slunci, a když je dále venku, pohybuje se pomaleji. Když je Země nejblíže k slunci (nazývané perihelion), její orbitální rychlost je rychlejší než průměrná, takže skutečné slunce zaostává za průměrným sluncem. Opak je pravdivý v nejvzdálenějším orbitálním bodě od Slunce (Aphelion) a skutečné slunce se pohybuje před průměrným sluncem. Pokud by Země neměla žádný axiální náklon, její orbitální elipticita by znamenala, že v průběhu roku by skutečné slunce vytvořilo krátkou linii na obloze zarovnané východní západ.
Z toho má také perspektivní efekt; V Perihelionu je pohyb pravého slunce na obloze rychlejší než u aphelionu, což ovlivňuje také tvar analemmu. V kombinaci s nakloněním Země to vyhodí symetrii severo-jih. Jižní smyčka (vyrobená, když se zdá, že se slunce pohybuje rychleji poblíž perihelionu) je větší než severní – a také širší. Díky tomu je celkový tvar spíše jako bowlingový kolík.
To je ještě komplikovanější; Datum perihelionu (kolem 4. ledna každý rok) je blízko, ale ne zcela prosincový slunovrat (21. prosince nebo kolem 21. prosince), který zkresluje postavu osm a zaklepe na Catawampuszkreslené z dokonalé symetrie.
Takže pokud to všechno platí pro Zemi, co jiné planety? Mají eliptické oběžné dráhy a mají také axiální naklápění, takže také dostávají analemmy, ale jsou tvarovány jinak. Například Mars je nakloněn asi 25 stupňů, podobně jako Země. Jeho oběžná dráha je mnohem eliptičtějšía to však dominuje analemmu, Díky tomu, že je více ve tvaru slzy. Jupiter má náklon pouze o tři stupně, ale jeho oběžná dráha je eliptičtější než Země, díky čemuž je jeho analemma jednodušší elipsou na své obloze. Neptun může mít nejvíce příjemně tvarovanou analum ze všech: jeho náklon je 28 stupňů, ale jeho orbitální excentricita je velmi nepatrná, takže jeho analemma je téměř symetrická postava osm.
Chápu, že je to všechno trochu komplikované a může být obtížné si představit ve vaší hlavě; Sám jsem bojoval s některými z jemnějších pohybů (kterým nepomohlo mnoho nesprávných popisů jevu, který jsem našel online). Možná je překvapivé, že pohyb nebes v nebesích není tak jednoduchý, jak byste doufali! Ale ve skutečnosti najdu krásu: opakující se cykly, jemné pohyby, slavná symetrie. A je to všechno předvídatelné, kombinující fyziku, geometrii a matematiku. Je tu nějaká pravda k myšlence Univerzální hudba„Hudba sfér“ a stejně jako hudba velkých skladatelů existuje ve složitosti majestátnost.
