Dlaczego zmierzch jest dłuższy w lecie niż zima i najkrótszy w czasie równonocy?

Niedawno postanowiłem ustawić budzik, aby budził mnie, gdy jest „ciemno”. Ostatecznie postanowiłem ustawić swój zegar tak wcześnie, aby morski wschód słońca był w moim stanie (Illinois) i trzymać się tego przez cały rok.

Podczas niektórych badań zauważyłem coś, co mnie zaskoczyło. Sprawdź tę różnicę między wschodem astronomicznym a wschodem słońca cywilnego w przypadku przesilenia i równonocy (te dwa ostatnie dostosowane do czasu letniego):

Data / astronomiczny / cywilny / nierówności

• 20 grudnia: 0533 - 0640 (67 minut)
• 20 marca: 0526 - 0630 (64 minut)
• 20 czerwca: 0320 - 0451 (91 minut)

Szczerze mówiąc, te zestawy zakresów zaskakują mnie z wielu powodów. Oczywiście nie wiem, czego nie wiem, ale oto kilka pytań, które mogę sformułować:

1. Dlaczego zmierzch byłby dłuższy w lecie niż w zimie? Zanim zobaczyłem te dane, założyłem, że skoro słońce robi prostopadłą ścieżkę przez horyzont latem, zmierzch będzie krótszy latem niż zimą. Wszakże zimą słońce krąży po horyzoncie „ukośną” ścieżką. Czy ścieżka lata nie byłaby bardziej bezpośrednia, a zatem szybsza?
2. OK: widząc te empiryczne dowody, dochodzę do wniosku, że coś jest nie tak z moją przesłanką, która tworzy moje pierwsze pytanie. Letni zmierzch jest dłuższy latem niż zimą. Jednak nadal zakładałbym, że 20 marca miałby zmierzch między dwoma przesileniami. Ale nie jest! Dlaczego równonoc ma najkrótszy zmierzch?

Dodano 13.05.2014:

Nie chciałem zostawiać tutaj mojego oryginalnego niepoprawnego oświadczenia bez oznaczania go. Jak wskazuje Cheekhu poniżej, słońce nie podąża bardziej prostopadłą ścieżką latem niż zimą, jak błędnie założyłem i stwierdziłem powyżej. Zobacz jego post, aby uzyskać więcej informacji.

Zobacz ten schemat,

Teraz nachylenie wydaje się być takie samo w przypadku przesilenia czerwcowego i grudniowego, prawda? Po pierwsze, jest to błędna koncepcja, że ​​Słońce podróżuje latem bardziej „prostopadle” do horyzontu. Po prostu osiąga wyższy punkt, jak widać, nie że nachylenie jest większe.

Skąd bierze się ta różnica?

Civil Sunrise zaczyna się, gdy Słońce jest 6 ° poniżej horyzontu, Nautical Sunrise zaczyna się, gdy jest 12 ° poniżej horyzontu i 18 ° dla Astronomical Sunrise.

Różnica cywilna / astronomiczna wynika zatem z dodatkowych 12 ° wysokości, którą musi pokonać Słońce. Teraz schemat, który zamieściłem, lepiej wyjaśnia zachód słońca, więc niech tak będzie. Dla naszych celów jest tak samo.

Ruch słońca jest równomierny wzdłuż widocznych kręgów. Ale te kąty, które decydują o naszym wschodzie słońca, są mierzone prostopadle do horyzontu, od zenitu. Czy zdajesz sobie sprawę z tego, co się dzieje, gdy projektujesz ruch kołowy wzdłuż linii prostej?

Zgadza się. Otrzymujesz krzywą sinusoidalną. Szczególną cechą tej krzywej jest to, że zmienia się szybko w niektórych punktach, a wolniej w innych. Tranzyt to pozycja, gdy Słońce jest najwyżej na niebie. Na krzywej równonocy (jak na ryc. 1), jeśli przypiszesz 0 ° do tego punktu, Słońce będzie miało 90 ° o zachodzie słońca i -90 ° o wschodzie słońca. Obie pozycje dają szczyt krzywej sinusoidalnej, a zmiana jest najniższa w tym punkcie. To może wyjaśniać, dlaczego w Equinox masz najmniejszą różnicę.

Teraz, jeśli weźmiemy pod uwagę krzywe przesilenia w czerwcu / grudniu (jak na ryc. 1), pozycja zachodu / wschodu słońca jest nieco mniejsza niż 90 °, stąd szybkość zmian jest tam wyższa w porównaniu do równonocy.

To powinno wyjaśniać, dlaczego różnica jest większa w czasie przesilenia w porównaniu do równonocy. Ale co z różnicą w czerwcu i przesileniu grudniowym?

Teraz, moja droga, wkraczasz na niebezpieczne terytoria. Przypomnę, że linia / płaszczyzna, wzdłuż której wykonujemy pomiary stopnia, jest prostopadła do horyzontu. Ale płaszczyzna ruchu kołowego jest nadal pod kątem do niego. Tak więc krzywa sinusoidalna musi przejść przez inny zestaw rzutów, zanim uzyska się dokładną rzecz. Na równiku rozbieżności między przesileniami zanikają, tak jak wyżej wymienione dwie płaszczyzny się pokrywają.

Tak czy inaczej, miałem nadzieję, że dam ci jakościowy opis, żebyś miał sedno. Oto równania, jeśli potrzebujesz matematycznego pomysłu

$a$

$\delta$

$\phi$

$H$$a$

Oto wykres pokazujący rozbieżność wzdłuż deklinacji (-23,5 ° do + 23,5 °)

To naprawdę nie jest odpowiedź, ale raczej wizualizacja (kliknij, aby uzyskać pełny rozmiar 1024 x 768) oparta na formułach z Need Simple równania dla Rise, Transit i Set time - mam nadzieję, że to pomoże

Mam przyjaciela, który jest profesorem astronomii. Wskazałem mu ten post, a on udostępnił odpowiedź, którą opublikuję w jego imieniu, na wypadek gdyby była pomocna dla innych. Jego komentarz tutaj odnosi się do pierwszego diagramu opublikowanego przez Cheeku.

Łatwiejszym sposobem na to jest spojrzenie na koła, które Słońce tworzy przy różnych deklinacjach (kąty na północ lub południe od równika). Największy okrąg ma miejsce, gdy Słońce znajduje się na równiku niebieskim, co odpowiada równonocy. Ponieważ Słońce musi ukończyć krąg w ciągu 24 godzin bez względu na to, jak duży jest ten okrąg, jego dzienny ruch będzie najszybszy w pobliżu równonocy, a więc zmierzch będzie najkrótszy. Porównując oba przesilenia, główna różnica polega na tym, że latem Słońce nie schodzi tak daleko pod horyzont, zanim się odwraca i zaczyna wschodzić. Jego pionowy ruch w nocy jest więc bardzo wolny. To sprawia, że ​​zmierzch najdłużej w lecie.