Khi nào ngày bằng đêm?

2

Khi nào ngày bằng đêm?

Có vẻ như đáp số là hiển nhiên: độ dài của ngày và đêm là như nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau, tức là hàng ngày vào ngày 21 tháng 3 và ngày 23 tháng 9. (Thật thú vị khi lưu ý rằng trong tiếng Latinh, và từ đó trong một số ngôn ngữ châu Âu, thay vì từ “điểm phân” thì từ “điểm phân” được sử dụng - Equinoctium, tất nhiên, có nghĩa tương tự.) Chính vào những ngày này, Mặt trời, trong chuyển động hàng năm dọc theo đường hoàng đạo, đi qua đường xích đạo thiên thể, giao với đường chân trời dọc theo đường kính của thiên cầu, do đó một nửa đường xích đạo luôn ở trên và một nửa ở dưới đường chân trời (Hình 1). Do đó, trong thời gian ngang nhau, một nửa đường đi hàng ngày của Mặt trời đi phía trên đường chân trời và một nửa đi phía dưới nó; nói cách khác, độ dài của ngày bằng độ dài của đêm.

Chúng ta hãy kiểm tra điều này bằng cách viết ra trên lịch thời gian mặt trời mọc và mặt trời lặn vào những ngày gần điểm phân. Trong trường hợp này, tốt hơn nên chọn năm xa nhất so với năm bay cao để giảm ảnh hưởng của dòng chảy không đồng đều của các năm dương lịch do có thêm một ngày trong mỗi năm thứ tư - ngày 29 tháng 2. (Việc bổ sung này là cần thiết để không khác biệt theo thời gian với năm tự nhiên - cái gọi là năm nhiệt đới, gồm 365.2422 ngày.)

Bảng hiển thị dữ liệu về mặt trời mọc và mặt trời lặn (cũng như thời lượng ngày và đêm và sự khác biệt giữa chúng), được lấy từ lịch thiên văn năm 1978, của Moscow (chính xác hơn là đối với một điểm có vĩ độ địa lý là +56 độ, tức là 1/4 độ về phía bắc Moscow). Không giống như lịch, thời gian được chỉ định không phải là thời gian địa phương mà là thời gian nghỉ thai sản ở Moscow, tất nhiên, không thay đổi độ dài của ngày và 夜晚.

Bảng này cho thấy sự bằng nhau của ngày và 夜晚 xảy ra sớm hơn gần ba ngày so với ngày xuân phân trong thiên văn và muộn hơn một cột so với ngày thu. Nguyên nhân của hiện tượng kỳ lạ này là gì?

Trước hết, chúng tôi lưu ý rằng thời điểm mặt trời mọc (hoàng hôn) được coi là thời điểm cạnh trên của đĩa mặt trời xuất hiện (biến mất) trên đường chân trời lý tưởng, chẳng hạn như trên biển. Trong trường hợp này, tâm Mặt trời nằm dưới đường chân trời một bán kính góc biểu kiến ​​của đĩa Mặt trời bằng 16’, khiến ngày kéo dài gấp đôi thời gian cần thiết để nâng (hoặc hạ thấp) Mặt trời một góc như vậy.

Vẫn còn những tác động đáng kể khác trong việc tăng độ dài của ngày. Đây là khúc xạ thiên văn. Hãy để chúng tôi giải thích bản chất của nó.

Hình 1.

3

Các tia sáng từ một thiên thể, trước khi đi vào mắt, được quan sát thấy đi qua bầu khí quyển của trái đất, khúc xạ trong đó, giống như trong lăng kính. Khi mật độ của khí quyển tăng lên về phía bề mặt Trái đất, các tia bị khúc xạ ngày càng nhiều khi chúng đến gần Trái đất.

Hãy quan sát chúng tại điểm O (Hình 2). Ánh sáng từ một vật thể ở xa, chẳng hạn như Mặt trời, tới Trái đất theo một đường gần như song song. Nếu không có sự khúc xạ ánh sáng thì Mặt trời sẽ được nhìn thấy theo hướng OS. Tuy nhiên, khi đi vào khí quyển, các tia bị khúc xạ, tiến tới vuông góc với các lớp phẳng song song và quan sát thấy Mặt trời theo hướng tiếp tuyến HOẶC với phần tử cuối cùng của tia. Trong trường hợp này, vị trí thực tế của Mặt trời là điểm S’ (BS’ song song với OS).

Do đó, Mặt trời dường như được nâng lên trên đường chân trời so với vị trí thực tế của nó theo góc khúc xạ ROS. Nếu ngôi sao ở đỉnh cao thì không xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng và góc khúc xạ (hay đơn giản là khúc xạ) bằng không. Khúc xạ đạt giá trị lớn nhất—35’—khi Mặt trời xuất hiện phía trên đường chân trời hoặc lặn dưới đường chân trời. Khúc xạ nâng Mặt trời lên trên đường chân trời thêm 35’, trong khi đường kính của đĩa mặt trời có thể nhìn thấy từ Trái đất ở góc chỉ 32'.

Bản thân sự thay đổi nhanh chóng về khúc xạ ở gần đường chân trời dẫn đến một hiện tượng kỳ lạ khác, dường như đã được nhiều độc giả chú ý - ở đường chân trời, Đối với chúng ta, Mặt trời dường như liên tục theo chiều dọc một cách đáng chú ý (Hình 3). Thật vậy, hãy xét thời điểm mà mép dưới của đĩa mặt trời được nhìn thấy chạm vào đường chân trời, nhưng thực tế lại nằm ở phía dưới 35’. Mép trên của đĩa được nâng lên ít hơn do khúc xạ, chỉ 29’. Sự khác biệt này dẫn đến sự biến dạng hình dạng của mặt trời.

4

đĩa nechnogo. Khi Mặt trời mọc cao hơn đường chân trời, sự chênh lệch khúc xạ giữa mép dưới và mép trên nhanh chóng giảm đi và Mặt trời có hình dáng chung.

Chúng ta hãy quay trở lại câu hỏi về độ dài của ngày và đêm. Cả hai hiện tượng này đều kéo dài ngày và rút ngắn đêm: Mặt trời mọc sớm hơn vào buổi sáng và lặn muộn hơn vào buổi tối so với bình minh và hoàng hôn “hình học”, được xác định bởi thời điểm tâm Mặt trời đi qua đường chân trời. Thời điểm mặt trời mọc sớm và thời điểm mặt trời lặn được xác định bởi thời gian cần thiết để thay đổi độ cao của Mặt trời ở đường chân trời thêm 16′+35′=51′. Lần này, lần lượt, phụ thuộc vào vĩ độ địa lý của địa điểm.

Đường xích đạo thiên thể cắt đường chân trời một góc 90°-f. Khi f = 0, tức là tại xích đạo trái đất, xích đạo trời nằm thẳng đứng. Ở đó, Mặt trời, trong chuyển động biểu kiến ​​hàng ngày do Trái đất quay, mọc vào buổi sáng và lặn vào buổi tối vuông góc với đường chân trời, di chuyển 51′ trong 3,4 phút (dựa trên tính toán rằng một vòng quay hoàn toàn của Trái đất 360° xảy ra trong 24 giờ).

Ở Mátxcơva, có vĩ độ gần 56°, đường xích đạo trời nghiêng so với đường chân trời một góc 90°—56°=34°. Ở đây Mặt trời mọc lúc bình minh và lặn xiên lúc hoàng hôn nên độ cao của nó thay đổi chậm. Trong một đường thẳng gần 56°, đường xích đạo thiên cầu nghiêng với đường chân trời một góc 90°—56°=34°.

Hình 4.

Điều này tương ứng với thời gian là 6,08 phút. Từ bảng cho thấy thời gian mặt trời mọc và mặt trời lặn bao gồm những thời điểm xảy ra vào mùa xuân và muộn hơn vào mùa thu. Nói cách khác, sự bình đẳng giữa ngày và đêm thực sự xảy ra vào các ngày 18-19/3 và 25-26/9 (chứ không phải vào ngày 21/3 và 23/9).

Thật đáng mừng khi biết rằng chúng ta đang ở trong mùa ánh sáng, khi ngày dài hơn đêm, dài hơn bóng tối. Nếu lấy một năm phi lịch sử có 365 ngày và giả sử ngày bằng đêm 18 tháng 3 và đêm 25 tháng 9 thì khoảng cách giữa các ngày này là 191 ngày, từ 25 tháng 9 đến 18 tháng 3 có 174 năm, tức là mùa sáng dài hơn mùa tối 17 ngày. Sự khác biệt này bao gồm mười ngày liên quan đến hiện tượng được mô tả ở trên và bảy ngày, gây ra bởi sự chuyển động không đều của Trái đất trong quỹ đạo của nó. Trái đất di chuyển nhanh hơn ở gần điểm cận nhật, nó đi qua hàng năm vào đầu tháng 1 và chậm hơn ở gần điểm cận nhật, xảy ra vào đầu tháng 7. Nếu bạn đếm số ngày giữa các tương đương thiên văn, thì từ ngày 21 tháng 3 đến ngày 23 tháng 9 sẽ có 186 ngày, và từ ngày 23 tháng 9 đến ngày 21 tháng 3 sẽ có một năm - tổng cộng là 179. Nhưng khoảng thời gian đầu tiên xảy ra vào mùa xuân và mùa hè ở Bắc bán cầu và vào mùa thu đông ở Nam bán cầu. Vì vậy, chúng tôi, những cư dân của Sverma, đang ở một vị trí thuận lợi hơn, vì chúng tôi có mùa lạnh và tối kéo dài và kéo dài, trái ngược với cư dân ở Nam bán cầu, nơi mùa thu và mùa đông dài hơn và có mức lạnh trung bình.