РАВНОДЕНСТВИЯ И СОЛНЦЕСТОЯНИЯ

      Планета Земля, наш космический дом, постоянно участвует в двух основных движениях – вращается вокруг оси с периодом 23 часа 56 минут 4 секунды и обращается вокруг Солнца, затрачивая на один оборот 365 суток 5 часов 49 минут. В результате суточного вращения происходит смена дня и ночи. Ось вращения Земли наклонена к плоскости её орбиты. При этом во время движения вокруг Солнца она практически не меняет своё направление в пространстве (остаётся параллельной сама себе). Из-за этого в разные месяцы Солнце поднимается на разную высоту над горизонтом, также меняется продолжительность светового дня. Поэтому происходит смена времён года. Угол между плоскостью экватора Земли и плоскостью её орбиты равен 23° 26′ (рис. 1).


                           Рис. 1. Обращение Земли вокруг Солнца 

      В регионах, находящихся на географических широтах не больше 23° к северу и югу от экватора, Солнце один или два раз в год проходит через зенит – это и будет максимальная его высота над горизонтом. В другие же месяцы оно движется то южнее зенита, то севернее. Но и в том, и в другом случае высота Солнца будет не меньше 66° (на широте Томска оно даже летом не поднимается больше, чем на 57°). Продолжительность дня в тропиках не сильно отличается от 12 часов (на экваторе весь год день длится чуть больше 12 часов). В результате в тропических районах жарко в течение всего года.

      Напротив, на полюсах весной и осенью Солнце движется практически по линии горизонта, летом оно поднимается не выше, чем на 23°, а зимой погружается под горизонт на те же 23°. Из-за этого там почти полгода Солнце не всходит. Этот период называется “полярная ночь”. А после восхода Солнце не заходит за горизонт. Наступает полярный день, который тоже длится половину года. Но, несмотря на это, не происходит полноценного прогрева атмосферы, так как, повторюсь, максимальная высота Солнца на полюсе будет всего 23°.

   На остальной части Земли максимальная высота Солнца в летние месяцы на 23° больше, чем весной и осенью, а зимой на 23° меньше среднего значения. Поэтому летом воздух прогревается гораздо сильнее, и воздействие солнечного света длится намного дольше, чем зимой. В итоге летом тепло, а зимой холодно.

     У некоторых планет, например, у Венеры и Юпитера ось вращения практически перпендикулярна плоскости орбиты. В этом случае смены времён года не происходит, так как в течение всего оборота вокруг Солнца сохраняется одна и та же ситуация – на полюсах оно всегда находится около горизонта, а на экваторе – каждый день проходит через зенит. На рисунке 2 изображено суточное движение Солнца по небу. Вверху – на северном полюсе, ниже – на экваторе, ещё ниже – в умеренных северных широтах.

 Рис. 2. Суточное движение Солнца на разных широтах

       Плоскость орбиты Земли называется плоскостью эклиптики, а сама эклиптика – это линия, по которой происходит видимое нами движение Солнца относительно других звёзд неба. Солнце, двигаясь по эклиптике, в течение года проходит по 13 созвездиям, которые называются зодиакальными. Летом оно смещается в северное полушарие неба, а зимой сдвигается к югу от экватора. Точки эклиптики, в которых Солнце максимально уходит в северное или южное полушарие, называются точками солнцестояния. Летнее солнцестояние наступает около 21 июня, зимнее – около 21 декабря.

       Примерно на половине пути между точками солнцестояния расположены точки, в которых Солнце, переходя из одного полушария в другое, пересекает экватор. В это время наступает равноденствие. Около 21 марта, когда Солнце переходит из южного полушария в северное, происходит весеннее равноденствие, около 23 сентября при обратном переходе (из северного полушария в южное) – осеннее равноденствие. Моменты равноденствий и солнцестояний считаются началом астрономических времён года (рис. 3). На рисунке 3 координата, аналогичная географической долготе (отложена по горизонтальной оси), выражена в часовой мере (так принято в астрономии). Полный круг, равный 360°, соответствует 24 часам. Поэтому 1 час = 15°. За начальную точку годового пути Солнца принимается точка весеннего равноденствия. От неё вдоль эклиптики идёт отсчёт пройденного Солнцем пути. Каждые 30° оно проходит примерно за месяц. Через год весь путь повторяется.


                                                                Рис. 3. Движение Солнца по эклиптике

      Равноденствия и солнцестояния не длятся какое-то время – это определённые моменты, которые можно рассчитать с любой точностью – до секунды, или ещё точнее (см. таблицу). Другое дело, что Солнце имеет видимый размер около 0.5°, поэтому на то, чтобы всё Солнце пересекло экватор, требуется примерно 32 часа. А чтобы всё Солнце прошло через точку солнцестояния, нужно немного меньшее время – порядка 13 часов. Кроме того, из-за особенностей движения Земли по орбите и из-за свойств нашей атмосферы в равноденствие день всегда чуть больше 12 часов, а в солнцестояние не происходит максимально раннего/позднего восхода или захода Солнца. Например, нынче в Томске долгота дня превысит 12 часов уже 19.03.2023, а станет меньше 12 часов только 26.09.2023. Самый ранний восход Солнца будет 18-го и 19-го июня, самый поздний заход 24.06.2023, самый поздний восход Солнца ждёт нас 29.12.2023, а самый ранний заход – 15.12.2023. При этом, в Томске Солнце пересечёт экватор 21.03.2023 в 04 ч 32 мин. и 23.09.2023 в 13 ч 42 мин. по местному времени. Максимально к северу оно уйдёт 21.06.2023 в 15 ч 35 мин., а к югу – 22.12.2023 в 12 ч 29 мин.

     Равноденствия и солнцестояния не случаются из года в год в один и тот же момент. На оборот Земли вокруг Солнца нужно 365 суток 5 часов и 49 минут. Поэтому с каждым годом всё происходит примерно на 6 часов позже, а в високосный год – сразу на 18 часов раньше, чем в предыдущий год. В таблице приведены моменты равноденствий и солнцестояний в ближайшие годы. Моменты указаны по всемирному времени (время нулевого часового пояса). В Томске часы показывают на 7 часов больше.