Почему зимой дни длиннее, чем летом?

Вы когда-нибудь замечали, что последние летние деньки пролетают как Синкасен мимо Фудзи, а зимние тянутся, словно пек в Квинслендском эксперименте? Если да, то как насчёт того, чтобы в сегодня лет узнать о том, что всё это время вам не казалось – это, действительно, так: истинные солнечные сутки зимой почти на минуту длиннее, чем в конце лета.

Для начала вспомним, откуда берётся продолжительность средних солнечных суток – 24 часа. 23 ч 56 мин – это длина звёздных суток, т.е. время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси относительно удалённых звёзд. Оставшиеся 4 минуты – это среднее время, которое требуется для того, чтобы солнце вернулось в ту же точку небосвода, что и в начале отсчёта, например, к верхней кульминации – астрономическому полдню. «Отставание» солнца от удалённых звёзд связано с тем, что Земля движется по орбите и за сутки успевает сместиться примерно на один градус: такое же смещение солнца относительно неподвижных звёзд фиксирует земной наблюдатель (рис.1). (И, да, 365 дней в году и 360 градусов в окружности – это не совпадение, но об этом в другой раз;).

Ключевое слово в предыдущем абзаце – «среднее». Продолжительность звёздных суток практически постоянна, но время, которое требуется наблюдателю Земле на «докручивание» до Солнца, колеблется в течение года в пределах 50 секунд. Это связано с двумя причинами.

Во-первых, с наклоном земной оси относительно перпендикуляра к плоскости орбиты. В районе солнцестояний почти весь путь, который Земля прошла за сутки по орбите, работает на смещение солнца относительно звёзд назад. Поэтому Земле требуется много времени, чтобы «вернуть» солнце для наблюдателя на поверхности в ту же точку небосвода. В районе равноденствий только часть оборота (равная sin 66,5°) идёт на смещение солнца относительно звёзд назад, а остальная «двигает» его относительно небесного экватора. Чтобы понять, почему это так, представьте себе крайний случай: Уран, ось вращения которого почти параллельна плоскости орбиты. На Уране в равноденствие солнечные сутки будут равны звёздным, поскольку, вращаясь «на боку», Уран вернёт солнце в ту же точку для наблюдателя ровно через один "звёздный" оборот (немного изменится только высота солнца над горизонтом).

Во-вторых, на продолжительность солнечных суток влияет эллиптичность земной орбиты. Ближе всего к Солнцу (в перигелии) Земля бывает в начале января, а дальше всего (в афелии) – в начале июля. Согласно второму закону Кеплера, скорость движения планеты по орбите зависит от расстояния между ней и Солнцем, поэтому в своём орбитальном движении Земля разгоняется зимой и замедляется летом. Это приводит к тому, что зимой Земле требуется дополнительное время, чтобы закончить полный оборот относительно Солнца.

Две эти составляющие определяют продолжительность солнечных суток в каждый день года и лежат в основе уравнения времени, которое позволяет её рассчитать (см. рис. 2).

Что получается на выходе? В начале календарного года Земля обращена к Солнцу Южным полушарием и ставит рекорды скорости орбитального движения. В результате между двумя последовательными кульминациями Солнца может проходить около 24 ч 0 м и 30 с. Астрономический полдень постепенно смещается вперёд и к середине февраля обгоняет средний почти на 15 минут.

Весной Земля поворачивается к Солнцу боком, да ещё и удаляется, а, значит, замедляется, поэтому дни становятся короче. Это продолжается до середины мая, пока приближающееся солнцестояние не начинает побеждать увеличивающееся расстояние до Солнца, и дни снова удлиняются вплоть до конца июля.

А с августа Земля начинает приближаться к осеннему равноденствию, при этом оставаясь далеко от Солнца, поэтому истинные солнечные сутки к середине сентября сокращаются до 23 ч 59 м и 40 с, что и является настоящей причиной осенней депрессии и риторических вопросов вроде «почему время летит так быстро?» Теперь-то вы знаете, что нужно дождаться зимы или середины мая, и всё наладится!

#интересное
#космос
#azrat