Представьте, что вы установите фотоаппарат в определённой точке
и будете фотографировать небо
ежедневно в определённое время суток на протяжении целого года,
а затем наложите снимки друг на друга.
Где будет находиться Солнце при таком наложении?
Постоянно в одной точке?
Двигаться по кругу?
Ни то, ни другое.
Пусть это покажется странным, но Солнце «опишет» восьмёрку,
известную как «аналемма Солнца».
Но почему восьмёрку?
Движение Земли представляет собой сразу несколько циклов.
Прежде всего, она вращается вокруг своей оси каждые 24 часа,
отчего можно наблюдать рассветы и закаты.
Однако гораздо больше времени потребуется
на обращение Земли вокруг Солнца в течение примерно 365 дней.
Но вот что интересно:
по отношению к плоскости орбиты
Земля не вращается в вертикальном положении к Северному полюсу.
На самом деле её ось наклонена на 23,4 градуса.
Это называется «наклон», или «отклонение оси вращения».
Казалось бы, наклон в 23 градуса не так уж важен,
но именно благодаря ему у нас сменяются времена года.
Поскольку ось наклонена всегда в одном направлении
в период обращения Земли по орбите,
в течение длительных отрезков времени
Северное полушарие планеты наклонено в сторону Солнца,
а Южное — в противоположную сторону
и наоборот.
Тогда для нас наступают лето и зима.
В летний период в определённом полушарии
Солнце находится высоко в небе, отчего дни длиннее и теплее.
Раз в год отклонение к Солнцу
на угол между линией экватора
и положением Земли, когда Солнце находится прямо перпендикулярно,
достигает своего максимума.
Этот день известен как летнее солнцестояние,
или самый длинный день в году.
В этот день Солнце в небе находится в самой верхней точке.
Благодаря наклону оси вращения Земли
отчасти объясняется смена положения Солнца в небе
и длина аналеммы,
представляющей собой полные 46,8 градусов отклонения к Солнцу
в течение года.
Но почему это именно восьмёрка, а не прямая линия?
За это отвечает ещё одна характеристика вращения Земли —
эксцентриситет её орбиты.
Орбита Земли по отношению к Солнцу представляет эллипс,
а расстояние до Солнца всегда различно,
соответственно, сила гравитации меняется,
что, в свою очередь, заставляет Землю двигаться быстрее в январе,
когда она максимально приближается к Солнцу,
находясь в перигелии,
и медленнее всего в июле, когда она достигает самой удалённой точки,
или афелия.
Эксцентриситет орбиты означает, что в солнечный полдень,
когда Солнце занимает верхнюю точку в небе,
эта точка каждый день разная.
Поэтому солнечные часы могут спешить на 16 минут
или отставать на 14 минут от обычных часов.
На самом деле время на часах совпадает с солнечным только 4 раза в год.
Ширина аналеммы определяет степень этого отклонения.
Так как же раньше люди ориентировались во времени?
На протяжении веков
было достаточно ориентироваться по положению Солнца.
Но в наше время
разница между солнечными часами и механическими стала значимой.
Уравнение времени, придуманное Птолемеем
и затем доработанное на основе трудов Иоганна Кеплера,
позволяет переводить истиное солнечное время
в более привычное для нас среднее время.
Аналемму даже раньше рисовали на глобусах,
чтобы люди могли определять разницу
между временем на часах и солнечным временем в зависимости от дня года.
Как проявляется аналемма, зависит от того, где вы находитесь.
Она будет наклонена на угол по отношению к географической широте
или будет перевёрнутой, если вы — в Южном полушарии.
А если вы на другой планете,
то там вы можете заметить нечто совсем иное.
В зависимости от эксцентриситета орбиты этой планеты и угла её вращения,
аналемма может представлять собой каплю,
овал и даже прямую линию.