Движение Земли вокруг Солнца, изменение экваториальных координат Солнца в течение года.

Земля обращается по своей орбите вокруг Солнца. Для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, такое годовое движение Земли заметно в виде перемещения Солнца на фоне звезд. Путь Солнца среди звезд является большим кругом небесной сферы и называется эклиптикой. Значит, эклиптика является небесным отражением орбиты Земли, поэтому плоскость орбиты Земли называют еще плоскостью эклиптики. Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости эклиптики, а отклоняется от перпендикуляра на угол e = 23°26'. Соответственно, и плоскость земного экватора наклонена на этот же угол к плоскости эклиптики. Линия пересечения плоскости земного экватора и плоскости эклиптики сохраняет (если не учитывать прецессию) неизменное положение в пространстве. Она соединяет точки весеннего и осеннего равноденствия (см. рис. 3.7). Эти точки вместе со звездами участвуют в суточном вращении. Благодаря наклону земной оси к оси эклиптики на Земле происходит смена времен года. Положение Земли на орбите в течение года показано на рис. 3.14.

Рис. 3.14 Смена времен года при обращении Земли вокруг Солнца

Вблизи дня летнего солнцестояния, в которой Земля бывает примерно 22 июня, северный полюс Земли направлен в сторону Солнца (см. рис. 3.15, I). В этот период года большую часть суток любая точка северного полушария освещена Солнцем, т.е. в эту дату день в северном полушарии ¾ самый длинный в году.

В дни весеннего и осеннего равноденствий (21 марта и 23 сентября) Земля расположена относительно Солнца таким образом, что граница света и тени на поверхности Земли проходит через полюса (см. рис. 3.15, II). А поскольку каждая точка на поверхности Земли совершает суточное движение вокруг земной оси, то ровно половину суток она будет на освещенной части земного шара, а вторую половину ¾ на затененной. Таким образом, в эти даты день равен ночи. Земля в это время находится на линии пересечения плоскостей экватора и эклиптики.

Рис. 3.15 Освещенность Земли в разные периоды года

В точке зимнего солнцестояния, в которой Земля бывает вблизи 22 декабря (день зимнего солнцестояния), северный полюс Земли направлен в сторону от Солнца (см. рис. 3.15, III), и большую часть суток любая точка северного полушария находится в тени, т.е. в эту дату ночь в северном полушарии ¾ самая длинная в году, а день ¾ самый короткий (для южного полушария смена времён года противоположны северному). Из-за того, что календарный год по продолжительности не совпадает с периодом обращения Земли вокруг Солнца, дни равноденствий и солнцестояний в разные годы могут приходиться на разные дни (плюс-минус один день от названных выше дат).

В течение года центр Солнца движется по большому кругу небесной сферы, по эклиптике, против часовой стрелки. Поскольку плоскость эклиптики в пространстве неподвижна относительно звезд, то эклиптика вместе со звездами будет участвовать в суточном вращении небесной сферы. В отличие от небесного экватора и небесного меридиана эклиптика будет менять свое положение относительно горизонта в течение суток.

Для четырех дней в году мы знаем координаты Солнца точно, в таблице 2 приведены эти сведения. Прямое восхождение a₈изменяется от 0 до 24^h, а склонение d₈ изменяется от -e до +e.

В таблице 2 указана также полуденная (в момент верхней кульминации) высота Солнца на эти даты, которая вычислена с учетом выражения (3.8) (раздел 3.3.1) и z=j - d (раздел 3.6) :

Таблица 2. Координаты Солнца для равноденствий и солнцестояний

Таблица. Данные о Солнце в дни равноденствий и солнцестояний Дата			Точка восхода	Точка захода	hmax
21 марта	0o 00'	0h 00m	E	W
22 июня	23o 26'	6h 00m	сев.-вост.	сев.-зап.
23 сентября	0o 00'	12h 00m	E	W
22 декабря	-23o 26'	18h 00m	юг.-вост.	юг.-зап.

Пользуясь данными таблицы 2 можно приближенно рассчитать координаты и высоту Солнца в верхней кульминации на любой день года. В первом приближении Солнце движется по эклиптике равномерно: за 365^d проходит 360^o, примерно 1^o в сутки, а точнее 59'.2. Точное изменение d8 и a8 можно получить только из решения сферических треугольников. Важно понять, что даже при строго равномерном движении Солнца по эклиптике (что, вообще говоря, не так из-за эллиптичности земной орбиты: вблизи перигелия Земля, а соответственно и Солнце среди звезд, движется быстрее, чем в афелии), изменение экваториальных координат Солнца происходит неравномерно. Пренебрегая неравномерностью в изменении прямого восхождения, будем считать, что суточное изменение = 59'.2. Склонение быстрее всего изменяется вблизи равноденствий, примерно на ±0,4° в сутки в течение 30^d до и в течение 30^d после равноденствия. Медленнее всего изменения склонения Солнца происходят вблизи солнцестояний: ±0,1° в сутки в течение 30^d до и в течение 30^d после солнцестояния. В промежутках скорость изменения склонения Солнца приблизительно на ± 0,3° в сутки.