Если бы наша планета не вращалась вокруг Солнца и была абсолютно плоской, небесное светило всегда находилось бы в зените и никуда не двигалось – не было бы ни заката, ни рассвета, ни жизни. К счастью, мы имеем возможность наблюдать за восходом и заходом Солнца – а потому жизнь на планете Земля продолжается.
Земля неутомимо движется вокруг Солнца и своей оси, и раз в сутки (за исключением полярных широт) солнечный диск появляется и исчезает за горизонтом, обозначая начало и конец светового дня. Поэтому в астрономии восходом и закатом Солнца называют время, когда над горизонтом показывается или исчезает верхняя точка солнечного диска.
В свою очередь, период перед восходом или заходом Солнца называется сумерками: солнечный диск находится недалеко от горизонта, а потому часть лучей, попадая в верхние слоя атмосферы, отражаются от неё на земную поверхность. Продолжительность сумерек перед восходом Солнца или его заходом прямо зависит от широты: на полюсах они длятся от 2 до 3 недель, в приполярных зонах – несколько часов, в умеренных широтах – около двух часов. А вот на экваторе время перед восходом Солнца составляет от 20 до 25 минут.
Во время восхода и захода создаётся определённый оптический эффект, когда солнечные лучи освещают земную поверхность и небосвод, окрашивая их в разноцветные тона. Перед восходом Солнца, на рассвете, цвета имеют более нежные оттенки, тогда как закат озаряет планету лучами насыщенного красного, бордового, желтого, оранжевого и очень редко – зелёного цветов.
Такую интенсивность красок закат имеет вследствие того, что днём земная поверхность прогревается, влажность уменьшается, скорость воздушных потоков увеличивается, а пыль поднимается в воздух. Разница в цветовой гамме между восходом и закатом Солнца во многом зависит от местности, где находится человек и наблюдает за этими удивительными явлениями природы.
Внешние характеристики дивного явления природы
Поскольку о восходе и закате Солнца можно говорить как о двух тождественных явлениях, отличающихся друг от друга насыщенностью цветов, описание заката Солнца над горизонтом можно применить также ко времени перед восходом Солнца и его появлении, только в обратном порядке.
Чем ниже солнечный диск спускается к западной линии горизонта, тем он менее ярок и становится сначала жёлтым, затем – оранжевым и, наконец, красного цвета. Изменяет свою окраску и небосвод: сперва он золотистого цвета, затем, оранжевого, а у кромки – красного тона.
Когда солнечный диск вплотную приближается к линии горизонта, он приобретает тёмно-красный цвет, а по обе стороны от него можно увидеть яркую полосу зари, цвета которой сверху вниз переходят от голубовато-зелёного до ярко-оранжевого тонов. В это же время над зарёй образовывается бесцветное сияние.
Одновременно с этим явлением, с противоположной стороны на небосводе появляется полоса пепельно-голубоватого оттенка (тень Земли), над которой можно увидеть сегмент оранжево-розового цвета, Пояс Венеры – он возникает над уровнем горизонта на высоте от 10 до 20° и при ясном небе виден в любой точке нашей планеты.
Чем больше Солнце уходит за линию горизонта, тем пурпурнее становится небо, а когда оно опускается за горизонт на четыре-пять градусов, оттенок приобретает максимально насыщенные тона. После этого небо постепенно становится огненно-красного цвета (лучи Будды), а от того места, где зашёл солнечный диск, вверх, постепенно угасая, тянутся полосы светлых лучей, после исчезновения которых возле горизонта можно увидеть тускнеющую полосу тёмно-красного цвета.
После того как тень Земли постепенно заполняет небо, Пояс Венеры рассеивается, на небе появляется силуэт Луны, затем звёзды – и наступает ночь (сумерки заканчиваются, когда солнечный диск уходит за горизонт на шесть градусов). Чем больше времени проходит от ухода Солнца за линию горизонта, тем становится холоднее, а к утру, перед восходом Солнца наблюдается самая низкая температура. Но всё меняется, когда через несколько часов начинается восход красного Солнца: на востоке появляется солнечный диск, ночь уходит, а земная поверхность начинает прогреваться.
Почему Солнце красное
Закат и восход красного Солнца с давних времён привлекал к себе внимание человечества, а потому люди всеми доступными им методами пытались объяснить, почему солнечный диск, будучи жёлтого цвета, на линии горизонта приобретает красноватый оттенок. Первой попыткой объяснить это явление, стали легенды, за ними появились народные приметы: люди были уверены, что закат и восход красного Солнца ничего доброго не сулит.
Например, они были убеждены, что если после восхода Солнца небо будет оставаться красного тона довольно долго, то день будет невыносимо жарким. Другая примета говорила о том, что если перед восходом Солнца небо на востоке будет красного цвета, а после восхода этот цвет сразу пропадёт – быть дождю. Также непогоду сулил и восход красного Солнца в случае, если после его появления на небосклоне оно сразу приобретало светло-жёлтый цвет.
Восход красного Солнца в такой интерпретации вряд ли мог долго удовлетворять пытливый человеческий ум. Поэтому после открытия различных физических законов, в том числе и закона Рэлея, было выяснено, что красный цвет Солнца объясняется тем, что он, как обладающий самой длинной волной, в плотной атмосфере Земли рассеивается намного меньше чем другие цвета.
Поэтому, когда Солнце находится у горизонта, его лучи скользят вдоль земной поверхности, где воздух имеет не только наибольшую плотность, но и чрезвычайно сильную в это время влажность, что задерживает и поглощает лучи. В результате этого сквозь плотную и влажную атмосферу в первые минуты восхода способны пробиться лишь лучи красных и оранжевых цветов.
Восход и закат Солнца
Хотя многие считают, что в северном полушарии самый ранний закат Солнца происходит 21 декабря, а самый поздний – 21 июня, в действительности мнение это ошибочно: дни зимнего и летнего солнцестояний являются лишь датами, которые говорят о наличии наиболее короткого или длинного дня в году.
Интересно, что чем севернее широта, тем ближе к солнцестоянию наступает самый поздний закат года. Например, в 2014 году на широте, расположенной в шестьдесят два градуса, он произошёл 23 июня. А вот на тридцать пятой широте самый поздний закат года произошёл шесть дней спустя (наиболее ранний восход Солнца был зафиксирован на две недели раньше, за несколько дней до 21 июня).
Не имея под рукой специального календаря, довольно сложно определить точное время восхода и заката Солнца. Это объясняется тем, что равномерно вращаясь вокруг своей оси и Солнца, Земля движется неравномерно по эллиптической орбите. Стоит заметить, что если бы наша планета двигалась вокруг Светила, такого бы эффекта не наблюдалось.
Такие отклонения по времени человечество заметило давно, а потому на протяжении всей своей истории люди пытались прояснить для себя этот вопрос: возведённые ими древние сооружения, чрезвычайно сильно напоминающие обсерватории, сохранились до наших дней (например, Стоунхендж в Англии или пирамиды майя в Америке).
Последние несколько столетий, чтобы рассчитать время восхода и захода Солнца, астрономы, наблюдая за небом, создавали календари Луны и Солнца. В наши дни, благодаря виртуальной сети, расчет восхода и захода Солнца может сделать любой пользователь интернета, воспользовавшись специальными онлайн-сервисами – для этого достаточно указать город или географические координаты (если на карте нет нужной местности), а также необходимую дату.
Интересно, что с помощью таких календарей нередко можно узнать не только время заката или рассвета, но и период между началом сумерек и перед восходом Солнца, продолжительность дня/ночи время, время, когда Солнце будет пребывать в зените и многое другое.
Каждый из на неоднократно наблюдал величественную картину, как восходит и заходит Солнце . В городе не представляется возможным наблюдать это явление во всей его красоте, так как здесь горизонт закрыт домами и другими большими сооружениями. Городские жители видят Солнце только тогда, когда оно находится высоко над горизонтом. Хорошо наблюдать восход Солнца в деревне, а ещё лучше в поле или в открытом море. Утром в восточной части горизонта постепенно занимается заря, небо принимает огненно-багровую окраску, и вместе с тем начинается постепенное посветление. Затем из-за горизонта медленно появляется сначала небольшой верхний край диска Солнца. Этот край понемногу увеличивается до тех пор, пока, наконец, над горизонтом не покажется во всём своём величии весь сияющий солнечный диск. При этом создаётся впечатление, будто на самой поверхности Земли лежит огромный шар огненно-багрового цвета. Это впечатление рассеивается только тогда, когда Солнце постепенно поднимается над горизонтом. Оно, как нам кажется, постепенно перемещается по небу. Двигаясь все время слева направо, Солнце сначала поднимается все выше, цвет его становится всё более и более светло жёлтым, а размеры уменьшаются.
Достигнув наивысшей точки, Солнце, двигаясь всё в том же направлении, начинает понемногу снижаться и, наконец, совсем скрывается за горизонтом. Но перед этим опять, так же как и утром, вблизи горизонта Солнце становится огненно-багровым и вновь будто увеличивается в размерах.
В это время нашему взору представляется прекрасное зрелище. Занимается вечерняя заря. Небо в направлении захода Солнца
покрывается густым багрянцем. Получается впечатление, что это – зарево где-то далеко разбушевавшегося большого пожара.
Особенно красивые краски можно наблюдать в это время на море; не только вода, но и все окружающие предметы и люди приобретают особый колорит, особый отблеск.
Воздушная оболочка
Почему же происходит такая окраска неба при восходе и заходе Солнца? Нашу Землю, как известно, окружает воздушная оболочка – атмосфера , которая простирается «вверх» до тысячи километров. Воздушная оболочка имеет наибольшую плотность у поверхности Земли, а чем «выше», тем она становится всё более и более разреженной. Таким образом, мы живём на дне глубокого и безбрежного воздушного океана, в котором нередко происходят колоссальные бури, сопровождаемые электрическими разрядами, наблюдаются различные течения воздушных масс и выпадение осадков в виде дождя, снега и града; иногда (после дождя) нашим взорам представляется красивое зрелище радуги; нередко в нашу земную атмосферу врываются небольшие твёрдые тельца, и тогда на фоне ночного неба мы наблюдаем явление метеора. Благодаря наличию воздуха небо днём нам кажется голубоватого цвета. Этот голубой воздушный занавес в старину и принимали за какой-то твёрдый, «хрустальный» небосвод, который в виде колпака как бы накрывает плоскую земную поверхность, (подробнее: ). Утром и вечером, когда из-за горизонта появляется Луна или Солнце или когда они скрываются за горизонтом, они кажутся нам красноватыми, багровыми. Такую окраску Солнце и Луна принимают утром и вечером потому, что мы в это время наблюдаем их через более толстые слои воздуха, чем в то время, когда эти небесные светила находятся высоко над горизонтом. Известно, что чем толще слой атмосферы, тем больше в ней задерживается лучей . Особенно легко земная атмосфера задерживает голубые и зелёные лучи, меньше всего красные, оранжевые и жёлтые. В силу этого обстоятельства Солнце, Луна и близкие к ним области неба по утрам и вечерам (когда Луна и Солнце находятся низко у горизонта) кажутся нам какого-то багрового, оранжевого или жёлто-красного цвета.Неверные представления о Земле
В старину люди думали, что наша Земля стоит неподвижно в центре Вселенной, а Солнце и все другие небесные светила вращаются вокруг неё, и что поэтому ночь сменяется днём, а день ночью. Так, например, монах Кузьма Индикоплов, живший в шестом веке нашей эры, считал, что Вселенная представляет собой как бы сундук грандиозных размеров. В своей книге «Христианская топография» он пишет, что«... обитаемая Земля поднимается с юга к северу всё выше и выше, так что южные страны гораздо ниже северных. Поэтому, – говорит он, – райские реки Тигр и Евфрат, текущие с севера на юг, имеют более быстрое течение, чем священная река Нил, текущая с юга на север. На самом севере, – пишет он, – находится большая гора, за которую скрывается Солнце. От этого, – утверждает Кузьма Индикоплов, – происходит смена дня и ночи».По мнению Кузьмы Индикоплова, над твердью небесной пребывают ангелы, которые собирают облака, посылают дождь и снег, засуху и холод, ветер и бурю. Наука давно разрушила эти неверные представления о Земли и о заходе Солнца за северную гору.
Суточное вращение Земли
Истинная причина этого явления заключается в том, что Земля не стоит неподвижно, а всё время безостановочно вращается вокруг некоторой оси, совершая полный оборот в течение суток. Вследствие такого суточного вращения Земли ,она как бы подставляет под лучи Солнца то одну, то другую сторону своей поверхности.
Полушарие, обращенное к Солнцу, освещается и обогревается им. Здесь вся природа бодрствует под живительными солнечными лучами. На этом полушарии – день. Другое полушарие, обращенное в противоположную сторону, в это время не освещается солнечными лучами, следовательно, там – ночь, и вся природа погружается в сон. Вследствие непрестанного осевого вращения Земли её полушария меняются своими положениями по отношению к Солнцу. Поэтому там, где была ночь, через несколько часов наступает день, и наоборот.
Следует отметить, что на одном и том же меридиане время везде одинаковое, а на разных меридианах – разное. Это обстоятельство вносит определенный распорядок почти во все области народнохозяйственной жизни.
«Пора кончать работу, – говорим мы, Солнце уже зашло».И действительно, с наступлением ночи работа прекращается почти всюду. Природа и люди погружаются в сон. Но в это же самое время на другом полушарии начинается рабочий день. Так мы чередуем свой отдых, сон и рабочее время в зависимости от суточного вращения Земли, а она вращается вечно, не нуждаясь в отдыхе, как «вечный» двигатель. Только транспорт независимо от восхода и захода Солнца, смены дня и ночи работает круглые сутки. Движению железнодорожных поездов указывают путь рельсы, речному пароходу – бакен, а морским и воздушным кораблям, помотают ориентироваться в воздушных и водных просторах маяки, компас, радио, современные навигаторы да звёздное небо.
И встает ли оно на востоке? С детства мы привыкли к тому, что утром Солнце встает на востоке, а вечером садится на западе. Но так ли это на самом деле?
Оказывается, не совсем. Действительно, восход Солнца обычно происходит в восточной стороне неба, а закат - в западной, но точное положение точек восхода и захода меняется в течение года и зависит от времени года и географической широты места.
Наверное, вы знаете, что комнаты, окна которых смотрят на юг, обычно очень солнечные. Почему же? Потому что Солнце поднимается выше всего над горизонтом (кульминирует, если говорить более научным языком), оказываясь именно над южной частью горизонта. То есть в любой день, если Солнце появилось над горизонтом, оно обязательно пройдет над точкой юга, и в этот момент оно будет кульминировать. (Здесь и дальше мы будем говорить лишь о широтах севернее 23,5 градусов, в тропиках все происходит немного сложнее). Также вы, конечно, замечали, что длина светового дня сильно меняется в течение года: зимой день короче, а летом длиннее, за полярным кругом зимой Солнце не появляется из-за горизонта в течение некоторого времени, а летом оно не заходит в течение нескольких дней, а то и недель. Неужели Солнце летом движется по небу медленнее, чем зимой? Конечно же, нет!
Точно в точке востока Солнце встает два раза в год, в дни весеннего и осеннего равноденствий, в эти же дни оно садится точно на западе, а долгота дня равна ровно половине суток - двенадцати часам. После весеннего равноденствия день начинает удлиняться, а точки восхода и захода смещаются к северу. (Не забывайте, что Солнце должно кульминировать над точкой юга. Если оно восходит в северной части неба, то, понятно, что ему понадобится больше времени,чем в дни равноденствий, чтобы добраться до точки юга – этим и объясняется увеличение долготы дня.) Так продолжается до дня летнего солнцестояния – Солнце восходит на северо-востоке, а заходит на северо-западе, точки восхода и захода постепенно сближаются, и в приполярных широтах в какой-то момент они сливаются в одну, в точке севера. После этого Солнце перестает заходить за горизонт – наступает полярный день. В день летнего солнцестояния в умеренных широтах точки восхода и захода Солнца находятся ближе всего к точке севера, и долгота дня наибольшая.
После летнего солнцестояния точки восхода и захода перемещаются обратно, к точкам востока и запада, долгота дня постепенно уменьшается. После осеннего равноденствия (в этот день Солнце восходит на востоке и заходит на западе) точки восхода и захода опять начинают сближаться, но уже в южной части горизонта, долгота дня при этом уменьшается. На тех широтах, где летом в течение какого-то времени был полярный день, наступит полярная ночь – примерно столько же времени, сколько Солнце не заходило летом, оно не будет появляться над горизонтом. Это произойдет, когда точки восхода и захода сольются в одну в точке юга. После зимнего солнцестояния день начинает удлиняться, точки восхода и захода постепенно перемещаются обратно, к точкам востока и запада, и все повторяется заново.
А что же происходит в южном полушарии? В южном полушарии все наоборот: когда у нас долгота дня наибольшая, там она наименьшая, когда у нас весеннее равноденствие, в южном полушарии – осеннее равноденствие. В южном полушарии Солнце кульминирует над точкой севера, но восходит и заходит как и у нас – в восточной и западной части неба соответственно.
Так что если вам говорят, что Солнце встает на востоке, а садится на западе, можете смело отвечать, что это неправда.
Александра Грудская