Великий Всесвіт

23 вересня в 00:44 за московським часом наступило осіннє рівнодення. Сонце, рухаючись на тлі сузір'їв, перетнуло небесний екватор і перейшло в південну небесну півсферу. Починаючи з сьогоднішнього дня наше денне світило буде більше висвітлювати південну півкулю Землі, де наступає астрономічна весна. У північній півкулі Землі, відповідно, настає астрономічна осінь.

Про те, що таке осіннє рівнодення, ніж чудова ця дата і чи дійсно в цю дату день дорівнює ночі, ми писали докладно в 2012 році . Зауважимо також, що сьогодні, так само як і в дні сонцестоянь астрофотографія часто публікують Аналемма, як би згадуючи річний шлях сонця по небу. Щоб пояснити, що це таке, перш хотілося б поставити просте запитання: як змінюється положення сонця на небі протягом року, якщо спостерігати його в один і той же час (наприклад, в полудень)?

Здавалося б, відповідь ясна: зірка сяяла б над одним і тим же місцем, але на різній висоті. Через те, що земна вісь нахилена до площини земної орбіти на 23,5 °, протягом року висота сонця, яка вимірюється в один і той же час, повинна змінюватися на 47 °. При цьому в день літнього сонцестояння сонце знаходилося б на максимальній висоті, а в день зимового сонцестояння - на мінімальній. Відповідно, в дні рівнодення (як сьогодні) зірка перебувала б на небі в проміжному положенні. Так?

Все так, проте якби ми взяли фотоапарат і протягом року, скажімо, раз на тиждень фотографували сонце в один і той же час в одному і тому ж місці, то через рік отримали б дивну картину: наше денне світило виписало б на небі НЕ пряму лінію, а «вісімку»! Така «вісімка» в астрономії називається Аналемма.

Аналемма. Фотографуючи положення сонця на небі в один і той же час, ми виявили б, що зірка виписує протягом року в небі «вісімку». Фото: Tunc Tezel

Звідки ж вона взялася? Чому, періодично відзначаючи положення Сонця на небі в один і той же час, ми за рік змушені намалювати в небі хитромудру криву?

Виявляється, на освіту Аналемма впливають два фактори: нахил земної осі і витягнутість (еліптичність) земної орбіти.

Для початку давайте розберемося, як впливає на положення сонця нахил земної осі. Вище ми вже визначили, що саме через нахил осі полуденна висота сонця на небі постійно змінюється. Але нахил також впливає і на відхилення сонця на схід і на захід (вправо і вліво) в один і той же час доби. Щоб зрозуміти, чому, погляньте на глобус Землі.

Глобус Землі з вертикальними лініями довгот і горизонтальними лініями широт. Дві горизонтальні штрихові лінії, розташовані симетрично до екватора - Північний і Південний тропіки. Це місця на земній кулі, де Сонце знаходиться в зеніті під час літнього та зимового сонцестояння. Вертикальні лінії довгот зближуються тим ближче, ніж на північ від вони знаходяться. Фото: votorsal.com.ua

Під час літнього сонцестояння в червні сонце опівдні знаходиться в зеніті над Північним тропіком (тропіком Рака), під час зимового - над Південним (тропіком Козерога). На глобусі тропіки показані штриховими лініями. Зауважимо, що в цих місцях лінії довгот (вертикальні лінії) знаходяться ближче один до одного, ніж на екваторі Землі, де сонце буває в полудень в дні осінніх і весняних рівнодень. А адже саме з довготою пов'язано місцевий час!

Виходить, що двічі на рік - навесні і восени, - після того, як сонце перетнуло небесний екватор, швидкість його руху трохи збільшується в напрямку зліва направо (зі сходу на захід). Влітку і взимку швидкість, навпаки, зменшується. Таким чином, нахил Землі викликає зміну швидкості руху сонця протягом року як з півночі на південь, що зрозуміло, так і зі сходу на захід, що здається на перший погляд дивним. В результаті Аналемма має форму цифри вісім.

Тепер згадаємо, що орбіта Землі являє собою не ідеальний коло, а злегка витягнута. Через це в моменти, коли наша планета перебуває ближче до Сонця, вона рухається по орбіті швидше, ніж в моменти найбільшого видалення. Під час перетину перигелію - найближчій до Сонця точки орбіти - Земля рухається з максимальною швидкістю. Відбувається це на початку січня. На початку липня, коли Земля знаходиться в афелії до Сонця , Навпаки, планета рухається по орбіті найповільніше.

Через це сонце на небі рухається з різною швидкістю в залежності від пори року! Виходить, що витягнутість орбіти Землі хоча і не змінює основну форму Аналемма, але вносить в неї асиметричність. Зимова (південна) петля дещо більше річної (північній).

Якби Земля рухалася навколо Сонця по колу, форма Аналемма була б абсолютно симетричною, а петлі перетиналися б в точці рівнодення (праворуч). На ділі ж річна петля трохи менше зимової, а точки рівнодення знаходяться на зимовій петлі. Відбувається це через те, що орбіта Землі витягнута, і в результаті влітку Сонце рухається повільніше по небу, ніж взимку. Малюнок: Великий Всесвіт

Останнє, на що хотілося б звернути увагу, це нахил Аналемма. Якщо ми будемо фотографувати сонце в полудень, то отримаємо вертикальну фігуру. Аналемма, яка спостерігається вранці або ввечері буде нахиленою тим більше, ніж раніше (пізніше) фотографувати зірку. Ось як виглядає Аналемма, сфотографована протягом року в 9 ранку за місцевим часом грецьким любителем астрономії Ентоні Айомамітіс .

Ранкова Аналемма над храмом Аполлона в стародавньому Коринті. Фото: Anthony Ayiomamitis