Zaskakujący ruch Słońca na niebie - Gordon Williamson

Zobacz całą lekcję: http://ed.ted.com/lessons/the-sun-s-surprising-movement-across-the-sky-gordon-williamson

Załóżmy, że stawiasz aparat w jednym miejscu, robisz zdjęcia nieba codziennie o tej samej porze przez rok, a następnie nakładasz na siebie wszystkie zdjęcia. Jak na tym kolażu wyglądałoby Słońce? Jak nieruchomy punkt? Biegłoby po okręgu? Ani tak, ani tak. Co ciekawe, tworzyłoby ósemkę, tak zwaną analemmę. Gordon Williamson wyjaśnia, dlaczego tak się dzieje.

Lekcja: Gordon Williamson, animacja: TED-Ed.

Wyobraź sobie, że stawiasz aparat
w jednym miejscu,

żeby robić zdjęcie nieba

codziennie o tej samej porze
przez cały rok,

a potem nakładasz na siebie
wszystkie fotografie.

Jak na takim kolażu wyglądałoby Słońce?

Jak nieruchomy punkt?

Biegłoby po okręgu?

Ani tak, ani tak.

Choć to dziwne, słońce tworzy
na niebie ósemkę,

zwaną analemmą.

Dlaczego tak jest?

Ruch Ziemi tworzy kilka cyklów.

Przede wszystkim Ziemia obraca się
wokół własnej osi raz na dobę,

co powoduje wschody i zachody Słońca.

Jednocześnie tworzy
znacznie wolniejszy cykl,

okrążając Słońce średnio co 365 dni.

Ale kryje się tu pewna niespodzianka.

W stosunku do płaszczyzny swojej orbity

Ziemia nie obraca się
z Biegunem Północnym skierowanym ku górze.

Zamiast tego jej oś jest stale
nachylona pod kątem 23,4 stopnia.

To tak zwane nachylenie osi ziemskiej.

Choć może się ono wydawać nieistotne,

jest to główny powód istnienia pór roku.

Ponieważ Ziemia nachylona jest
w tym samym kierunku

podczas obiegu rocznego planety,

w trakcie długich okresów

północna półkula
odchylona jest w stronę Słońca,

podczas gdy południowa
znajduje się z drugiej strony

i vice versa.

Dlatego mamy lato i zimę.

Podczas lata na danej półkuli

słońce jest wyżej nad horyzontem,
a dni są dłuższe i cieplejsze.

Raz do roku deklinacja Słońca,

czyli kąt pomiędzy równikiem

a miejscem na Ziemi, gdzie Słońce
pojawia się tuż nad głowami,

osiąga maksimum.

To tak zwane przesilenie słoneczne,
najdłuższy dzień roku,

kiedy Słońce jest na niebie najwyżej.

Nachylenie osi Ziemi

częściowo wyjaśnia zmianę
pozycji Słońca na niebie,

a długość analemmy

przedstawia pełne 46,8 stopnia
deklinacji słonecznej

w ciągu roku.

Ale dlaczego jest to ósemka,
a nie prosta linia?

Powodem jest inna cecha
obrotu kuli ziemskiej,

ekscentryczność orbity.

Orbita Ziemi ma kształt elipsy,

a odległość od Słońca nie jest jednakowa
w różnych jej miejscach.

To zmienia siłę grawitacji,

przez co Ziemia porusza się
najszybciej w styczniu,

kiedy znajduje się najbliżej Słońca.

To tak zwany perihelion.

Najwolniej Słońce porusza się w lipcu,
kiedy znajduje się najdalej.

To aphelium.

Ekscentryczność Ziemi powoduje,
że południe słoneczne,

czyli moment, kiedy Słońce
jest na niebie najwyżej,

nie zawsze występuje o tej samej porze.

Zegar słoneczny może być
przesunięty o 16 minut do przodu

albo opóźniony o 14 minut
w stosunku do zwykłego zegara.

Czas zegarowy i czas słoneczny
zgadzają się tylko cztery razy do roku.

Szerokość analemmy
określa stopień tej rozbieżności.

Jak więc ludzie określali
prawidłowy czas dawno temu?

Przez większość ludzkich dziejów

wystarczało opieranie się
na pozycji Słońca.

Ale w czasach współczesnych

różnica pomiędzy czasem słonecznym
a zegarami stała się istotna.

Równanie czasu wprowadzone
przez Ptolemeusza,

udoskonalone później na podstawie
prac Johannesa Keplera,

pozwala przeliczyć czas słoneczny
na czas rzeczywisty, którego używamy.

Dawniej na globusach
znajdowały się analemmy

pozwalające określić różnice

między czasem zegarowym a słonecznym
danego dnia kalendarzowego.

Wygląd analemmy zależy od tego,
gdzie się znajdujemy.

W zależności od szerokości geograficznej
będzie ona nachylona

albo odwrócona, jeśli jesteś
na półkuli południowej.

A jeśli jesteś na innej planecie,

możesz zobaczyć coś zupełnie innego.

W zależności od ekscentryczności orbity
i nachylenia osi planety

analemma może mieć kształt łzy,

owalu,

a nawet linii prostej.