Нептун в противостоянии!

News image

5 сентября 2017 года ледяной гигант Нептун вступает в противостояние Солнцу. Это означает, что в данный момент наступят наилучшие условия видимости планеты, так как расстояние от Земли наименьшее, а следовательно видимый размер Нептуна на небе будет наибольший в году. Дистанция от Земли до Нептуна в момент противостояния составит 4 млрд 329 млн километров, что в 29 раз дальше расстояния от Земли до Солнца. Период наилучших наблюдений в 2017 году длится от точки стояния планеты 16 июня, когда Нептун начал попятное движение на небосводе, и до 22 ноября, когда планета вновь...

Подробнее

Аналемматические солнечные часы. Расчет

analemma_sundialОдним из популярных украшений для города и сада являются солнечные часы. В наши дни они выполняют декоративную и познавательную функцию, а когда-то это был практичный и полезный инструмент для измерения времени. Их устанавливали на главных площадях городов, в парках и садах, на стенах зданий, и порой конструкция часов была весьма неожиданна и забавна, например, "стрелкой" служило древко косы скульптуры костлявой старухи-смерти, напоминая смертным, что время неумолимо. Сейчас многие люди сделали искусство конструирования солнечных часов (гномонику) своим хобби.

Некоторых постройка солнечных часов отпугивает кажущейся сложностью, хотя на самом деле всё довольно просто. Существуют много типов солнечных часов: экваториальные, горизонтальные, вертикальные, утренние или вечерние, конические, шаровые, цилиндрические и т.п.. Мы же Вам расскажем как изготовить интерактивные аналемматические солнечные часы, где в качестве часовой стрелки выступает тень самого человека.

 
Конечно же проще изготовить простые горизонтальные часы с наклонным гномоном, какие Вы могли видеть в Братске на ул.Кирова, но большую познавательную функцию несут аналемматические часы, так как позволяют в своей конструкции ознакомиться с неравномерностью движения Солнца по небу.

 

Солнечные часы на ул.Кирова г.Братска
sundial_Bratsk

 

Солнечные часы состоят из трех деталей: Солнца, гномона то есть стержня, отбрасывающего тень, и циферблата, на который эта тень падает. К сведению, поскольку солнечные часы использовались в основном в северном полушарии, направление движения стрелок в современных механических часах было перенято от направления движения тени в солнечных часах.

 

Чтобы узнать время по аналемматическим часам нужно встать на название текущего месяца, которые изображены на специально рассчитанной шкале (календарной площадке). В зависимости от положения Солнца на небосводе, тень человека, как часовая стрелка, укажет нам который час.
 

 

Аналемматические солнечные часы на берегу озера Сенеж
senezh-clock
фото с сайта sundials.ru


Помните, что солнечные часы...

... не работают после захода Солнца и в пасмурную погоду.

... можно использовать только в том месте (географических координат), для которого они рассчитаны.

... показывают истинное солнечное время, когда как гражданские (наручные) часы показывают среднее солнечное время.



РАСЧЕТ АНАЛЕММАТИЧЕСКИХ СОЛНЕЧНЫХ ЧАСОВ

Солнечные часы относительно просты в изготовлении, однако, чтобы точно рассчитать их конструкцию, необходимы некоторые познания в астрономии и тригонометрии. Желающим более подробно ознакомится с выводом формул расчета аналемматических солнечных часов рекомендуем воспользоваться ссылками в конце статьи, а мы перейдем непосредственно к готовым формулам:
 

Длина тени от гномона:

l=h·tg(φ-d),

где φ - широта места наблюдения, °,
d - склонение Солнца в день наблюдения, °,
h - высота гномона, м. Средний рост человека обычно принимают 1,7 метра.

bigsummary2


Длина малой полуоси эллипса:

m=M·sin(φ),

где M - длина большой полуоси эллипса, м.

Формула для расчета координат точки эллипса по заданному часовому углу:

x=M·sin(Θ),
y=M·sin(φ)·cos(Θ),

где Θ=15°·х - часовой угол, а х - время в часах после полудня. Например, для метки 12 часов традиционно принимают 0°, 13 часов - 15°, 14 часов - 30°, и т.д. До полудня эти значения симметричны и отрицательны.

 

Календарная площадка располагается по центру эллипса
bathdial


Для расчета календарной площадки, применяется следующая формула:

Z=M·tg(d)·cos(φ),

где Z - дистанция от центра эллипса 0 по оси NS, м.

 
Размеры аналемматическим часов в основном выбираются по длине тени в летний полдень, так как нам нужно, чтобы летом, когда Солнце поднимается наиболее высоко, а тени предметов короче, тень нашего гномона (человека) всегда пересекала эллипс в нужный час. Для этого нужно знать склонения Солнца в течении года. Склонение - это угловое расстояние на небесной сфере от плоскости небесного экватора до светила. Значения склонений Солнца на любой день года можно найти в астрономическом справочнике или календаре:

 

Значения склонений Солнца в течении года
tab_sun_declination
 

Как видно из таблицы самое высокое склонение Солнца наблюдается в день летнего солнцестояния, самое низкое - в день зимнего солнцестояния. В дни равноденствий Солнце пересекает небесный экватор (склонение равно 0°).



КОЕ-ЧТО О ПОПРАВКАХ

Существует заблуждение о том, что солнечные часы показывают то же время, что и обычные. А любое несоответствие в показаниях списывается на несовершенство их изготовления. Солнечные часы, действительно, могут показывать обычное гражданское время с высокой точностью, если в их конструкцию сразу внести некоторые поправки. Например, сразу сместить часовые метки, если в регионе действуют (и не собираются отменять) декретное и летнее время. Некоторые делают две шкалы на солнечных часах: для летнего и зимнего времени. Но этого будет недостаточно, так как обычные солнечные часы показывают солнечное местное время, которое не совпадает с тем, по которому мы живем, в пределах ±15 минут.


1. Поправка на годовую неравномерность движения Солнца по небу. Понятие аналеммы.

Момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, называется истинным солнечным полуднем. Промежуток времени между двумя последовательными полуднями называется истинными солнечными сутками.

Часы, минуты и секунды гражданского времени в течение всего года текут равномерно, чего не скажешь о движении Солнца по небосклону. Земля движется по эллипсу вокруг Солнца, поэтому в начале года (при прохождении перигелия) ее скорость заметно выше, чем в летние месяцы (в афелии), а вместе с этим изменяется и видимая скорость движения Солнца по небосводу. К тому же, благодаря наклону земной оси летом Солнце на небе забирается гораздо выше, чем зимой. Все это приводит к тому, что продолжительность истинных солнечных суток меняется в течении года: зимой они чуть длиннее, летом чуть короче. Самые длинные истинные солнечные сутки на 51 секунду продолжительнее самых коротких.

Переменчивость длительности истинных солнечных суток делает их неудобными в качестве измерения времени. Поэтому наши наручные часы показывают некое среднее время. Продолжительность средних суток, называемых еще гражданскими, получают путем складывания продолжительности всех солнечных суток года и делят получившуюся сумму на количество суток в году.
 

Разница между истинным и средним солнечным временем выражается уравнением времени:

η = Ти - Тс

 
Чтобы по показаниям солнечных часов получить показания наручных, надо учесть уравнение времени. Из графика уравнения времени, приведенного ниже, видно, что 4 раза в году уравнение времени обращается в ноль, т.е. показания солнечных часов совпадут с гражданскими. Это бывает около 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. В такие дни тень в истинный полдень совпадает с направлением центрального меридиана наблюдателя. Обратите внимание, что наибольшей разницы между истинным и средним временем по уравнению времени достигает 11 февраля (солнечные часы отстают от наручных на 14 минут) и 2 ноября (спешат на 16,5 минуты).

 

График уравнения времени
graph_of_the_equation_of_time

 

Следует иметь в виду, что в некоторых астрономических календарях уравнение времени дается в смысле "среднее время минус истинное" (Тс - Ти) и поэтому имеет противоположный знак. Обычно это указывается в пояснении к календарю.

Одно из графических выражений уравнения времени – это аналемма, линия, соединяющая все положения Солнца на небе в разные дни года, но в одно время суток. Если в течении года в один и то же момент времени фотографировать положение Солнца и потом сложить кадры, то получиться своеобразная «восьмёрка» на небе.
 

 

Аналемма над Храмом Зевса
analemma2004_ayiomamitis.small
Фото: Антоний Айомамитис

 
Аналемма показывает не только смещение Солнца по горизонтали, выражающее изменение скорости его хода по небосклону, но и движение по вертикали. Интерактивные аналемматические солнечные часы позволяют внедрить эту аналемму в свою конструкцию, чтобы сразу учитывать эту поправку.


2. Поправка на декретное и "летнее" время

Кроме того, чтобы заставить солнечные часы показывать гражданское время, нужно как минимум «подвести» их в соответствии со временем часового пояса, сместив часовые линии на декретное время и переход на летнее время, если таковые в регионе действуют. О понятиях поясного, декретного и летнего времени читайте в статье "Когда же наступает полдень в Братске?", суть которой заключается в следующем: наша Иркутская область географически расположена в VI, VII и VIII часовых поясах, с областным центром в VII часовом поясе. В настоящее время здесь введено время (UTC+9h), поэтому иркутское время стало отличаться от поясного времени на два часа (декретное и постоянное "летнее" время здесь не были отменены, согласно Закону «Об исчислении времени» от 2011 г.).


3. Поправка на разницу с поясным временем

Если с летним и декретным временем все понятно, то зачем вводить коррекцию на разницу с поясным временем?  Солнечные часы на одной и той же долготе (меридиане) показывают одинаковое время. Вследствие вращения Земли с запада на восток местное время в один и тот же момент на разных меридианах различно. Солнцу требуется 4 минуты для перемещения на один градус долготы с востока на запад (в северном полушарии). Поэтому местное среднее время какого либо пункта может отличаться от поясного больше, чем на полчаса.  

Например, на меридиане, лежащем на 15° к востоку от данного, местное время будет больше на 1 час, а на меридиане, расположенном на 15° к западу,— меньше на 1 час, чем на данном меридиане. В повседневной жизни пользоваться местным временем неудобно, поэтому это было причиной ввода единого поясного времени, действующего на территории определенного региона или области.

К примеру, солнечные часы жителя Братска (101,7° в.д.) покажут полдень на 10,4 минут позже, чем солнечные часы жителя Иркутска (104,3° в.д.), в то время как наручные часы обоих городов идут абсолютно синхронно.

Правило вычисления этой коррекции очень простое: если вы находитесь западнее своего среднего поясного меридиана, то добавьте к показаниям солнечных часов 4 минуты на каждый градус долготы, если находитесь восточнее, то отнимите. Средним меридианом нулевого часового пояса считается гринвичский меридиан 0°, затем: I часовой пояс - 15°, II - 30°, III - 45°, IV - 60°, V - 75°, VI - 90°, VII - 105°, VII - 120°, VIII - 135°, и т.д.

 

 

Центральный (средний) меридиан VII часового пояса
Zone_7_105

Например, средний (центральный) поясной меридиан для Иркутской области составляет 105° восточной долготы, Братск находится на 3,3° западнее него, соответственно получим 3,3°*4=13,2 минут, которые надо добавить к показаниям солнечных часов, чтобы получить гражданское время. Или просто сразу учесть эту поправку в конструкции часов, сместив часовые метки влево (если западнее среднего меридиана) или вправо (если восточнее) на нужное количество минут на циферблате, который будет показывать гражданское время.

Ну вот и все. Ничего за облачно сложного.
Можем приступать непосредственно к расчетам.

Во второй части статьи мы рассчитаем чертеж аналемматических солнечных часов, на примере, для города Братска.

 

 
2017
Сентябрь
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930 

МЫ ВКОНТАКТЕ:

ЖУРНАЛЫ:

РЕКОМЕНДУЕМ

Интернет-магазин оптики 4glaza.ru

ПОГОДА В БРАТСКЕ:

Всемирное время

CURRENT MOON

Следи за МКС!

Текущее положение МКС

© Heavens-Above

Поверхность Солнца:

© SDO/HMI Intensitygram

Атмосфера Солнца:

© SDO/AIA 304

Окрестности Солнца:

© SOHO/LASCO C3

Северное сияние:

© NOAA

ГЕОЛОКАЦИЯ ПОСЕТИТЕЛЕЙ:

Каталог сайтов Братска cat.zie.ru Рейтинг астрономических ресурсов от ASTROLAB.ru

© Astro-bratsk.ru 2010-2017
Перепечатка материалов приветствуется при активной гиперссылке на http://astro-bratsk.ru
Связаться с нами можно по e-mail: admin@astro-bratsk.ru и через группу ВКонтакте