زندگی در سیاره ما به میزان نور و گرمای خورشید بستگی دارد. حتی برای یک لحظه تصور اینکه اگر ستاره ای مانند خورشید در آسمان وجود نداشت چه اتفاقی می افتاد وحشتناک است. هر تیغه ی علف، هر برگ، هر گل، مانند آدم هایی که در هوا هستند، به گرما و نور نیاز دارند.
زاویه تابش پرتوهای خورشید برابر با ارتفاع خورشید بالای افق است
میزان نور خورشید و گرمای وارد شده به سطح زمین با زاویه تابش پرتوها نسبت مستقیم دارد. پرتوهای خورشید می توانند با زاویه 0 تا 90 درجه روی زمین بیفتند. زاویه برخورد پرتوها به زمین متفاوت است، زیرا سیاره ما به شکل توپ است. هر چه بزرگتر باشد، سبکتر و گرمتر است.
بنابراین، اگر پرتو با زاویه 0 درجه بیاید، فقط در امتداد سطح زمین می لغزد، بدون اینکه آن را گرم کند. این زاویه تابش در قطب شمال و جنوب، فراتر از دایره قطب شمال رخ می دهد. در زوایای قائم، پرتوهای خورشید روی استوا و روی سطح بین مناطق استوایی جنوبی و شمالی می‌تابد.
اگر زاویه تابش خورشید روی زمین مستقیم باشد، این نشان می دهد که خورشید در اوج خود است.
پس زاویه بروزپرتوهای روی سطح زمین و ارتفاع خورشید بالای افق با یکدیگر برابرند. آنها به عرض جغرافیایی بستگی دارند. هر چه به عرض جغرافیایی صفر نزدیکتر باشد، هر چه زاویه تابش پرتوها به 90 درجه نزدیکتر باشد، هر چه خورشید بالاتر از افق باشد، گرمتر و روشن تر است.
چگونه خورشید ارتفاع خود را در بالای افق تغییر می دهد
ارتفاع خورشید بالای افق مقدار ثابتی نیست. برعکس، همیشه در حال تغییر است. دلیل این امر در حرکت مداوم سیاره زمین به دور ستاره خورشید و همچنین چرخش سیاره زمین به دور محور خود است. در نتیجه روز به دنبال شب می آید و فصل ها یکدیگر را تغییر می دهند.
منطقه بین مناطق استوایی بیشترین گرما و نور را دریافت می کند، در اینجا طول روز و شب تقریباً برابر است و خورشید ۲ بار در سال در اوج خود قرار دارد.
سطح فراتر از دایره قطب شمال گرما و نور کمتر و کمتری دریافت می کند، مفاهیمی مانند روز و شب قطبی وجود دارد که حدود شش ماه طول می کشد.
روزهای اعتدال پاییزی و بهاری
4 تاریخ نجومی اصلی مشخص شده اند که ارتفاع خورشید را در بالای افق تعیین می کنند. 23 سپتامبر و 21 مارس اعتدال پاییزی و بهاری است. این بدان معناست که ارتفاع خورشید بالای افق در شهریور و اسفند این روزها 90 درجه است.
نیمکره جنوبی و شمالی به یک اندازه توسط خورشید روشن می شوند و طول شب با طول روز برابر است. هنگامی که پاییز نجومی در نیمکره شمالی می آید، سپس در نیمکره جنوبی، برعکس، بهار است. همین را می توان در مورد زمستان و تابستان نیز گفت. اگر در نیمکره جنوبی زمستان است، در نیمکره شمالی تابستان است.
روزهای انقلاب تابستانی و زمستانی
22 ژوئن و 22 دسامبر انقلاب تابستانی و زمستانی است. 22 دسامبر کوتاه ترین روز و طولانی ترین شب را در نیمکره شمالی می بیند و خورشید زمستانی در کمترین ارتفاع خود در تمام سال است.
بالاتر از عرض جغرافیایی 66.5 درجه خورشید در زیر افق قرار دارد و طلوع نمی کند. این پدیده زمانی که خورشید زمستانی به افق طلوع نمی کند، شب قطبی نامیده می شود. کوتاه ترین شب در عرض جغرافیایی 67 درجه است و فقط 2 روز طول می کشد و طولانی ترین شب در قطب است و 6 ماه طول می کشد!
دسامبر ماه سال با طولانی ترین شب ها در نیمکره شمالی است. مردم روسیه مرکزی برای کار در تاریکی از خواب بیدار می شوند و شب نیز برمی گردند. این ماه برای بسیاری سخت است، زیرا کمبود نور خورشید بر وضعیت جسمی و اخلاقی مردم تأثیر می گذارد. به همین دلیل حتی ممکن است افسردگی ایجاد شود.
در مسکو در سال 2016، طلوع خورشید در 1 دسامبر در ساعت 08.33 خواهد بود. در این صورت طول روز 7 ساعت و 29 دقیقه خواهد بود. غروب خورشید در افق بسیار زود، در ساعت 16.03 خواهد بود. شب 16 ساعت و 31 دقیقه خواهد بود. بنابراین، معلوم می شود که طول شب 2 برابر بیشتر از طول روز است!
انقلاب زمستانی امسال 21 دسامبر است. کوتاه ترین روز دقیقاً 7 ساعت طول خواهد کشید. سپس همین وضعیت به مدت 2 روز ادامه خواهد داشت. و در حال حاضر از 24 دسامبر، روز به آرامی اما مطمئناً به سود تبدیل می شود.
به طور متوسط در روز خواهد بودیک دقیقه به نور روز اضافه کنید در پایان ماه، طلوع خورشید در ماه دسامبر دقیقاً ساعت 9 صبح خواهد بود که 27 دقیقه دیرتر از اول دسامبر است
۲۲ ژوئن انقلاب تابستانی است. همه چیز دقیقا برعکس اتفاق می افتد. برای تمام سال، در این تاریخ است که طولانی ترین روز و کوتاه ترین شب است. این در مورد نیمکره شمالی است.
در جنوب برعکس است. پدیده های طبیعی جالبی با این روز همراه است. فراتر از دایره قطب شمال، روز قطبی فرا می رسد، خورشید به مدت 6 ماه در زیر افق در قطب شمال غروب نمی کند. شب های سفید مرموز در ماه ژوئن در سن پترزبورگ آغاز می شود. آنها تقریباً از اواسط ژوئن به مدت دو تا سه هفته ادامه دارند.
همه این ۴ تاریخ نجومی ممکن است ۱ تا ۲ روز تغییر کنند، زیرا سال شمسی همیشه با سال تقویمی منطبق نیست. همچنین جبران در سال های کبیسه رخ می دهد.
ارتفاع خورشید از افق و شرایط آب و هوایی
خورشید یکی از مهمترین عوامل تشکیل دهنده آب و هوا است. بسته به اینکه ارتفاع خورشید در بالای افق در ناحیه خاصی از سطح زمین چگونه تغییر کرده است، شرایط آب و هوایی و فصول تغییر می کند.
به عنوان مثال، در شمال دور، پرتوهای خورشید با زاویه بسیار کمی می افتند و فقط در امتداد سطح زمین می چرخند بدون اینکه اصلاً آن را گرم کنند. تحت شرایط این عامل، آب و هوای اینجا به شدت خشن است، یخبندان دائمی، زمستان های سرد همراه با بادهای سرد و برف وجود دارد.
هر چه خورشید بالاتر از افق باشد، آب و هوا گرمتر است. مثلا در خط استوابسیار گرم، گرمسیری نوسانات فصلی نیز عملا در منطقه استوا احساس نمی شود، در این مناطق تابستان ابدی وجود دارد.
اندازه گیری ارتفاع خورشید در بالای افق
همانطور که می گویند، همه چیز مبتکرانه ساده است. پس اینجا دستگاه اندازه گیری ارتفاع خورشید در بالای افق ابتدایی ساده است. این یک سطح افقی با یک قطب در وسط به طول 1 متر است. در یک روز آفتابی در ظهر، قطب کوتاه ترین سایه را ایجاد می کند. با کمک این کوتاه ترین سایه، محاسبات و اندازه گیری ها انجام می شود. اندازه گیری زاویه بین انتهای سایه و قطعه اتصال انتهای قطب به انتهای سایه ضروری است. این مقدار زاویه، زاویه خورشید بالای افق خواهد بود. این دستگاه gnomon نام دارد.
Gnomon یک ابزار طالع بینی باستانی است. ابزارهای دیگری نیز برای اندازه گیری ارتفاع خورشید در بالای افق وجود دارد، مانند سستانت، ربع، اسطرلاب.
