Культура / Астрономия

Где находится Солнце в полдень и как использовать эту информацию для ориентирования на местности?

GIG

 |  14-03-2021, 21:47  | 

Долгота местности

Вывод №2. Для двух наблюдателей, расположенных на разных географических долготах, Солнце окажется в зените в разное время: вначале солнечный полдень настанет у того, кто находится восточнее, а затем — у «западного».

Нужно понимать, что для удобства пользования время в пределах одного часового пояса усредняют, иначе в двух городах одной страны время на часах отличалось бы, что непрактично. Следовательно, несмотря на отличие в долготе, время в двух разных городах может быть одинаковое.

Из вышесказанного следует, что для двух наблюдателей, расположенных на разных географических долготах, но в одном часовом поясе, истинный полдень может наступать в разное время. Опережение или отставание истинного полдня от полдня, определяемого по часам, благодаря этому нюансу может колебаться в пределах четверти часа, а иногда и больше, ведь часовые пояса не всегда точно совпадают с долготой и выстраиваются согласно политической карты мира.

 Часовые пояса на карте мира

А поскольку солнечный полдень не всегда совпадает с 12 часами дня (далее — 12:00), то и говорить о том, что Солнце всегда к этому времени находится строго на юге, тоже не приходится.

 Видно, насколько разнится положение Солнца на небе в одно и то же время в разных городах в пределах одного часового пояса.

А теперь вернемся к вопросу о средней широте и посмотрим, каким образом она влияет на положение Солнца на небосводе.

Разные времена — солнечные сутки и звездные

В статье про солнечный компас и солнечные часы было упомянуто, что время бывает разное. Вот и попробуем разобраться.

Про солнечный полдень тоже уже было написано – это наивысшая точка, в которой бывает солнце в течение дня. И ещё говорят прохождение солнца через меридиан (направление север-юг). И ещё верхняя кульминация солнца. Стоит заметить, что есть и нижняя кульминация – самая низшая точка солнца над горизонтом в этой точке солнце на севере. В средних широтах этой точки не видно, но в приполярных, в полярный день хорошо видно, как солнце в полдень поднимается в высшую точку на юге в полдень и опускается в низшую в полночь– на севере.

Самое очевидное – сутки это время от одного солнечного полдня до другого. Эти сутки решили делить на 24 часа. Скорее всего это вавилонская идея, от пристрастия к двенадцатеричной и шестидесятичной системам счисления. Потому что 12 удобно делить на части 2, 3 , 4 , 6 . А 60 ещё и на 5 и на и на 10 и на 12 и на 15 и на 30. Ну, не важно. Это солнечные сутки.

Тоже самое можно наблюдать и со звёздами. От одной верхней кульминации любой выбранной звезды до следующей верхней кульминации этой же звезды – тоже сутки, только звёздные. Уже самые древние (возможно ещё пещерные) астрономы заметили, что звёздные сутки не равны солнечным. Это видно и по косвенным признакам: каждую ночь все созвездия немного смещаются к западу. И за год совершают полный оборот. За месяц – примерно смещаются на 30 градусов. Можно увидеть, если смотреть каждый день какие звёзды и созвездия видны на юге в одно и то же время, например в 22.00.

И по прямым признакам – при каждом полном солнечном затмении (когда видны звёзды днём) солнце находится в разных созвездиях.

• За год солнце проходит по всему кругу зодиакальных созвездий.
• За год звездный полдень (кульминация одной выбранной нами звезды) приходится последовательно на разные часы и минуты всех 24 солнечных часов.

Значит солнечный полдень может быть днём при самом высоком положении солнца. Звёздный полдень (для выбранной нами звезды) может быть в любое время суток по солнечным часам. И таким временем в повседневной жизни пользоваться неудобно. Но удобно при астрономических наблюдениях и соответственно ориентировании по звёздам.

В астрономических обсерваториях используют часы, которые идут по звёздному времени.

Для ориентирования используют тоже звёздное время, но пересчитывают его из солнечного. Потому, что возить с собой точные звёздные часы – проблематично.

По правде сказать, солнечными сутками пользоваться тоже не удобно. Звёздные часы, минуты, секунды – хотя бы равномерные. А солнечные – разные в течение года.

Неравномерность складывается из многих причин в том числе случайного характера (например случайного перераспределения водных масс на поверхности земли, которое приводит к изменению скорости вращения и значит изменению длинны суток). Но это мелочи по сравнению с двумя главными.

1. Земля движется вокруг Солнце по эллипсу, поэтому в ближней к солнцу точке – солнце на фоне созвездий перемещается быстрее. В дальней точке орбиты – медленнее.
2. Видимая плоскость перемещения солнца на фоне созвездий наклонена к плоскости небесного экватора на угол 23,4 градуса. Поэтому скорость перемещения солнца среди звёзд распадается на 2 составляющих – вертикальную – изменение склонения солнца и горизонтальную – перемещение вдоль небесного экватора.

 На рисунке видно, что путь Солнца кривая, синусоида. Направление движения меняется, значит горизонтальные и вертикальные составляющие скорости меняют величину, а вертикальная, ещё и направление движения (знак меняет с плюса на минус).
 В добрые старые времена, когда не было транспорта, ни компьютеров, ни мгновенной связи. Это не имело значения. Жили по солнечным часам.

Но с появлением всего вышеупомянутого начались проблемы.

Например телеграмма через атлантический океан приходит за доли секунды, а время различается на 5-6 часов. Или расписание поездов даже в пределах Англии по солнечным часам различных городов – превращается в кошмар.

• Вот хорошо было бы… если бы земля вращалась вокруг солнца по окружности – скорость постоянная. Но если заменять настоящий эллипс на окружность, получаем только 4 точки точного совпадения.
• Вот хорошо было бы, если бы солнце вращалось в плоскости небесного экватора… Тени бы перемещались строго в направлении восток-запад. И это имеет место 2 раза в год – в дни равноденствий.

К 1834 году точные морские хронометры идущие по СРЕДНЕМУ времени стали уже правилом хорошего тона. И после этой даты все события в морских ежегодниках стали указываться по СРЕДНЕМУ времени.

Соответственно по разному указывалась поправка уравнения времени ДО и ПОСЛЕ упомянутой даты.

Как видно – 4 раза в год среднее время совпадает с солнечным (пересекает линию 0 на графике). Но это не памятные даты типа 21 марта, 22 июня, 23 сентября или 22 декабря.

В повседневной жизни, работе транспорта – эти переводы не нужны. Но тоже до определённых пределов. На территории Великобритании поезда ещё могут ходить без особых проблем по лондонскому времени.

А вот на территории России… «В Москве 15часов, в Петропавловске Камчатском – полночь…». До октября 17 года обходились тем, что было на всей железнодорожной сети – Питерское время, а в каждом конкретном городе – местное среднее солнечное — согласно широте расположения. Так и говорили – станционное время и городское.

После 18 года решили присоединиться к международным соглашениям и устанавливать не любое местное время, а только 24 возможных часа в мировом масштабе (и 9 в масштабах России).

Суть этого международного соглашения – разделить землю условно на 24 часовых пояса, по 15 градусов. В пределах 1 пояса – время на всех часах одинаковое, в соседнем поясе отличается ровно на час.

Но в свете последующих реформ и эта строгая и логичная система не устояла… Но об этом в другой раз.

А ещё про то, когда нужно солнечное время. Нужно – в навигации. Когда определяя высоту солнца – хотят получить свои координаты в море. Измеряя высоту солнца, в частности местный полдень – мы определяем солнечное время. Чтобы определить долготу надо знать в этот же момент Гринвичское время. Чтобы сравнить с местным и вычислить долготу. Но в Гривиче часы идут по среднему времени. Поэтому определенное по солнцу истинное солнечное время с помощью графика уравнения времени переводят в среднее местное время. После этого время в одних единицах сравнивают с Гринвичским. И получают долготу.

Иногда график уравнения времени рисуют в более изящном и более информативном виде:

На таком графике кроме поправки уравнения времени видно и склонение солнца на каждый день. Кроме того видно что знак поправки противоположный тому, какой даёт упомянутый выше график в виде синусоиды. Этот график можно сразу рисовать на солнечных часах. Правило на графике недвусмысленно указывает:

Поправку прибавлять к истинному солнечному времени для получения истинного.

Можно ещё такое мнемоническое правило:

На свидание у солнечных часов 14 февраля девушка опоздает на 14 минут.

Это, чтобы определить с каким типом графика Вы имеете дело в книге или справочнике.

Более подробно смысл этого правила. Свидание в 12 часов дня по солнечным часам 14 февраля. Поправка уравнения времени -14 минут. Значит среднее время в этот момент только 11.46. И придётся наблюдать солнечные часы ещё долгих 14 минут, пока 12 дня покажут часы девушки по среднему времени.

Широта местности

О том, что Солнце в полдень бывает не только на юге, но и на севере, к сожалению, написано далеко не во всех учебниках по туризму. А ведь, благодаря различным авиакомпаниям, современные туристы могут путешествовать не только по своим родным просторам, но и запросто оказаться в противоположной точке земного шара, где правила ориентирования, описываемые в литературе, не будут работать подобающим образом.

 В одно и то же время Солнце будет находиться на разной высоте на одинаковых широтах в разных полушариях.

Вариант №2 — верхняя граница тропической зоны северного полушария. На этих территориях в течение всего года кроме дня летнего солнцестояния в истинный полдень Солнце будет находиться на юге, а в описанный день — строго над головой. Как понимаете, найти юг, а соответственно и другие стороны света по Солнцу в последнем случае не удастся, если конечно рассматривать только способ ориентирования по Солнцу в полдень.

Вариант №3 — нижняя граница тропической зоны южного полушария. Здесь на протяжении всего года, кроме дня зимнего солнцестояния, Солнце в истинный полдень будет находиться на севере, как и в средних широтах этого полушария. Однако в указанный декабрьский день оно окажется в зените строго над головой, что не позволит быстро сориентироваться по нему.

Вариант №4 — линия экватора. В этой зоне возможны три варианта, которые будут сменять друг друга в течение года. От момента осеннего равноденствия до весеннего равноденствия Солнце в истинный полдень будет находиться на юге, в период от весеннего до осеннего равноденствия — на севере. А в сами дни равноденствия окажется строго над головой, вызвав сложности в ориентировании.

Получается, что в точках перехода тропических зон в умеренные Солнце стоит в зените, то есть точно над головой наблюдателя, всего один раз в год, а ближе к экватору это явление можно наблюдать за год дважды.

 Не зная собственного положения на местности, практически невозможно сказать, находится Солнце точно в зените, или нет, без дополнительных построений.

Доводилось встречать мнение, что на экваторе солнце круглый год ежедневно в полдень находится в зените. Но, как мы теперь понимаем, это предположение ошибочно. В этом регионе оно в полдень около полгода находится на севере, а полгода на юге. И если даже считать зенитом не положение Солнца строго над головой, а наивысшую точку его траектории (что тоже верно), тогда вышеуказанное мнение не имеет особого смысла, поскольку Солнце в этом случае не только на экваторе, а и в любой другой точке планеты ежедневно целый год в полдень будет находиться в зените.

В некоторых тропических городах люди могут наблюдать интересную картину: в полдень вертикальные прямые предметы, например, столбы и заборы, перестают отбрасывать тень. Это связано с тем, что Солнце в этот момент находится строго над ними, а солнечные лучи и тени от предметов падают отвесно. В видео объяснено это явление:

Существует еще один вариант — высокие широты северного и южного полушарий. Здесь Солнце будет себя вести так же, как в средних широтах, однако в период полярной ночи наблюдать его над горизонтом, а значит и сориентироваться по нему, не получится.

Как видим, без понимания процессов, лежащих в основе этих различий, можно легко запутаться и допустить серьезные ошибки, вплоть до того, что спутать север с югом. А это для путешественника, оставшегося без современных средств навигации в дикой природе, иногда может быть равноценно смерти.

Теоретические основы

Все рабочие методы ориентирования по тени от Солнца опираются на доказанные факты. Разберем их подробнее.

Факт №1. Солнце всегда встает на востоке и садится на западе. Однако в высоких широтах во время полярного дня оно по нескольку недель вовсе не садится за горизонт, а полярной ночью — не встаёт над горизонтом.

Факт №2. В средних и высоких широтах северного полушария в полдень Солнце находится в южном направлении или, как еще говорят, на юге. В южном полушарии на том же удалении от линии экватора солнечный диск в полдень пересекает северное направление. На экваторе в полдень Солнце полгода находится на севере, полгода — на юге, а два дня в год оно проходит строго над головой. Об этом мы подробно рассказывали в отдельной статье.

Факт №3. В астрономический полдень тень, отбрасываемая вертикально расположенными предметами на ровную горизонтальную поверхность, будет самая короткая, поскольку в этот момент Солнце находится в своем зените, то есть в самой наивысшей точке траектории своего движения по небесной сфере.

Факт №4. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.

Перевод часов на летнее и зимнее время

 Например, на момент написания статьи (2017 год) в Украине полдень по зимнему времени был наиболее приближен к солнечному полдню, а в летнее время года Солнце оказывается вблизи своего зенита только, когда часы показывают 13:00. В России же отменили перевод времени и оставили идти часы по летнему времени, и теперь для россиян солнечный полдень наступает в 13:00, если не учитывать прочие нюансы, влияющие на расхождение истинного полдня и полдня, отмеченного по местному времени.

Ориентирование по солнцу и часам с циферблатом

Принципиальная схема определения направления на юг для северного полушария Земли выглядит следующим образом.

• Ориентируем часовую стрелку в направлении на солнце, для этого удобно использовать тень, например от спички.
• Далее находим биссектрису угла (биссектриса — это луч в начале угла, делящий угол на два равных угла). Между часовой стрелкой и направлением на истинный солнечный полдень (у нас это направление на 13 часов). Это и будет направление на Юг.

Ошибка из-за неточного определения истинного солнечного полдня.

Поэтому надо обязательно знать время истинного солнечного полдня для вашей местности.

Для определения истинного солнечного полдня можно прибегнуть к вот этому интернет сервису или этому для определенной точки местности с широтой и долготой, и определенной даты.

Например для 21 января 2019 года истинный полдень:

• город Первоуральск — 13:12,
• город Камышин — 12:10.
• город Воркута — 10:56

Знание истинного солнечного полдня позволяет нормально пользоваться методом в большинстве случаев, остальные погрешности имеют меньшее значение и обычно ими можно пренебречь или попытаться их компенсировать, если нужна высокая точность.

Неточность из за смещения на запад или восток от места для которого мы знаем значение истинного солнечного полдня.

Ошибка в градусах будет равна расстоянию в градусах долготы до того меридиана, временем истинного солнечного полдня на котором вы будете пользоваться при ориентировании по солнцу и часам.

Неточность из за неправильного наклона циферблата.(обычно ее не учитывают ).

Другая причина ошибок при таком способе — неправильный наклон циферблата часов, он должен лежать в плоскости небесного экватора. Поэтому определив приблизительно направление на юг, наклоните часы на угол 90°-φ, приподняв южную часть циферблата и повторите измерения.

φ — широта местности на которой вы находитесь.

Вот поясняющая картинка.

 ориентирование

• < Назад
• Вперёд >

Комментарии

-1 Сергей Федосеев 27.01.2017 11:23 Хотелось бы наглядного уточнения положения часов картинкой. Не все понимают что такое «небесный экватор» и как по нему прицелить часы.

0 Михаил 27.01.2017 12:54 Наклон обычно не учитывают, если нужно просто определить стороны света. Добавил поясняющую картинку в статью.

Обновить список комментариев

У вас недостаточно прав для комментрирования

Движение Земли вокруг Солнца

Движение Земли вокруг Солнца происходит не по кругу, а по эллипсу, при этом Земля то приближается к Солнцу, то удаляется от него. В тот момент, когда в северном полушарии наступает лето, Земля находится на максимальном расстоянии от Солнца, а зимой приближается к нему.

Из-за этого солнечные сутки, то есть время между двумя солнечными полуднями, в течение года меняется. Вблизи Солнца солнечные сутки удлиняются, а вдали — сокращаются.

На этот эффект накладывается другой эффект, связанный с наклоном оси вращения Земного шара.

В результате получается интересная картина. Если человек, находясь в одной точке на земной поверхности (для примера возьмем средние широты северного полушария), ежедневно в течение года в 12:00 будет отмечать положение Солнца на небесной сфере, то у него вместо ожидаемой вертикальной линии (в летний период Солнце будет выше, зимой — ниже) получится вытянутая восьмерка. Это значит, что Солнце в полдень, определенный по часам, может находиться то слева, то справа от направления на юг. Величину этих отклонений в любой день года можно узнать по так называемому уравнению времени, которое для удобства сводят в таблицу или изображают в виде графика.

Если не учитывать этот эффект, то при ориентировании в высоких широтах можно получить ошибку около четырех градусов, а в тропических — все десять и более.

Проблема

Прежде чем говорить о решении, давайте попробуем понять «проблему»: ваша камера видит не так же как ваши глаза. «Проблема» в динамическом диапазоне камеры. Простым языком «динамический диапазон» — это интервал между самой темной и самой светлой точками в кадре. Допустим, вы снимаете мужчину в шляпе в полдень, когда солнце самое яркое и жесткое. Ваши глаза могут хорошо различить его глаза даже в тени от его шляпы, а также его подбородок на ярком солнечном свете. Это потому, что ваши глаза способны видеть большой динамический диапазон.

У вашей камеры однако гораздо более ограниченная способность различать динамический диапазон. Если мы снова вернемся к нашему мужчине в шляпе – ваша камера увидит его глаза в тени под шляпой, но при этом освещенный солнцем подбородок будет белым и лишенным деталей.

Вы можете попробовать «исправить» это, изменяя значение диафрагмы, выдержки или ISO, но это всего лишь сделает вашу фотографию светлее или темнее, так как эти операции не имеют никакого отношения к динамическому диапазону. Даже если мы попробуем использовать нейтрально серый (ND) фильтр – это только сделает фотографию темнее, но не решит проблему и не изменит динамический диапазон.

Как определить истинный полдень

Зная истинный полдень, можно определить стороны света, ведь именно в этот момент Солнце будет находиться строго в южном или северном направлении, в зависимости от земного полушария, а зная хотя бы одну сторону света — все остальные.

Определить истинный полдень можно разными способами. Далее приведу в пример некоторые простые варианты, не требующие сложных навыков и знаний.

Способ №1 — с помощью астрономических данных. Такие данные часто попадаются среди прогнозов погоды в разных печатных и Интернет-изданиях. Нужно поискать время восхода и захода Солнца в той местности, в которой предполагается определять истинный полдень, сложить это время и разделить его пополам. Полученное значение и будет временем истинного полдня.

Способ №2 — с помощью солнечных часов (гномона). Правильно сконструированные, размеченные и установленные солнечные часы достаточно точно показывают время солнечного полдня. На гномоне момент солнечного полдня совпадает с двенадцатью часами дня.

Способ №3 — с помощью навигатора. Навигатор, показывающий направление на географический север, может послужить для определения наступления истинного полдня. Для этого определяют момент, когда центр солнечного диска окажется строго над южным или северным направлением (в зависимости от земного полушария), определенным с помощью навигатора. Это и будет момент истинного полдня.

Магнитный компас для этого способа малопригоден, поскольку показывает направление на магнитные полюса, а не на географические, что может приводить к ощутимым погрешностям. О том, что такое истинный и магнитный полюс, и в чем их отличие, мы подробно рассказывали в отдельной статье.

Способ №4 — с помощью тени от шеста. На ровной горизонтальной площадке в землю строго вертикально втыкается ровный шест. В дообеденное время начинается измерение длины тени, которую отбрасывает на площадку шест. Тень в начале начнет уменьшаться, а затем увеличиваться. Момент перехода от укорачивания тени до ее удлинения и будет соответствовать солнечному полдню.

 В этом варианте достаточно засечь время, в которое тень была наименьшей длины.

Данный способ является одним из способов ориентирования и часто рекомендуется в литературе для определения сторон света на местности в солнечную погоду. Его точность напрямик зависит от того, насколько ровная была выбрана площадка и сам шест, а также от того, насколько ровно был установлен этот шест. Также точность метода повышается при увеличении длины шеста (как правило, используют шест длиной 1—2 метра).

Способ №5 — с помощью биссектрисы. Измерения начинают проводить как можно раньше с утра, что делает их более точными. Для этого:

1. На ровной площадке устанавливается шест аналогично предыдущему способу и отмечается конец его тени.
2. Измеряется расстояние от места установки шеста до этой точки.
3. Проводится окружность с радиусом, равным этому расстоянию и центром в точке установки шеста. Теперь остается ждать, когда тень от шеста снова пересечет эту окружность, но уже в другом месте (восточнее).
4. Как только это произойдет, отмечается вторая точка.
5. Первая и вторая точки соединяются отрезком — получается своего рода равнобедренный треугольник, у которого третьей вершиной является место установки шеста.
6. От точки установки шеста проводится биссектриса, которая делит ранее прочерченный между двумя точками отрезок пополам.
7. На следующий день, когда тень от шеста совпадет с биссектрисой, можно сказать, что наступил истинный полдень.

Этот способ, как и предыдущий, также является одним из методов ориентирования по солнцу.

Из всех этих вариантов только первый может работать при любых метеорологических условиях, в любое время суток и давать быстрый результат. Остальные же работают только в светлое время суток, зависимы от погоды и, как правило, более «медленные».

Теперь, опираясь на все вышесказанное и некоторые другие данные, сделаем общие выводы.

Решения

Перейти в тень

Попробуйте переместить объект съёмки в тень или, возможно, в помещение. Когда я спросил Стива Маккарри, автора знаменитой «Афганской девочки», как он работает в солнечный день, то он рассказал мне, что предпочитает снимать в помещениях, в которые жесткий солнечный свет проникает через окна, заметно смягчаясь. И это сильно изменило моё «виденье» жесткого света как возможности создавать прекрасные снимки в тени или в помещениях.

Снять силуэт

Выжечь фон

Отражатель

Внешняя вспышка

Как определить стороны света по тени

1. В горизонтальную ровную площадку вертикально втыкается шест.
2. До наступления полудня на площадке отмечается конец тени, отбрасываемой шестом.
3. Такие пометки делаются через небольшие промежутки времени.
4. Когда после полудня тень начнет удлиняться, все отметки соединяют плавной кривой.
5. На кривой находят точку, наиболее приближенную к шесту и отмечают ее.
6. Проводят линию от шеста к этой точке. Эта линия соответствует направлению север–юг.
7. Становятся на эту линию так, чтобы она оказалась параллельна соединенным вместе стопам ног, а утренние отметки оказались левее. Теперь север находится перед человеком, юг — позади него, справа находится восток, а слева — запад.

1. Как и в предыдущем способе, в площадку вертикально втыкается шест.
2. С утра делается пометка на площадке, соответствующая концу тени от шеста.
3. Измеряется длина от шеста до этой отметки.
4. Ближе к обеденному времени длина тени уменьшается, а потом начинает снова расти. Тень периодически измеряют. Как только она станет такой же длины, что и утренняя, делают вторую пометку, соответствующую концу тени.
5. Между первой отметкой и второй проводят прямую линию. Эта линия соответствует направлению восток–запад.
6. Человек становится так, чтобы первая отметка оказалась от него слева, а вторая — справа. Теперь можно говорить, что перед ним север, позади него юг, справа — восток, а слева — запад.

1. Как и раньше, в ровную горизонтальную площадку вертикально втыкается шест.
2. На площадке камнем, колышком или любым другим удобным способом отмечается конец тени от шеста.
3. Выжидается примерно 15 минут и делается вторая пометка, соответствующая концу тени от шеста.
4. Теперь, если левой ногой стать на первую отметку, а правой — на вторую, перед нами окажется север, позади — юг, справа будет восток, а слева — запад.

1. Часы располагают горизонтально циферблатом вверх.
2. К часам сбоку перпендикулярно циферблату прикладывается спичка. Прикладывается она между часовой стрелкой часов и цифрой «12» на циферблате. Так, например, если часы показывают 8:00, спичка располагается возле о, если же часы показывают 20:00, то возле о.
3. Часы вместе со спичкой поворачиваются до тех пор, пока тень от спички не пересечет центр циферблата.
4. Когда тень от спички совпадет с центром циферблата, цифра «12» покажет приблизительное направление на юг.

Как определить время по тени