fbpx

Wysokość górowania Słońca, czyli o czym powinniśmy pamiętać przed Olimpiadą Geograficzną?

Wysokość górowania Słońca, czyli o czym powinniśmy pamiętać przed Olimpiadą Geograficzną?


Na Olimpiadzie Geograficznej przynajmniej raz na parę lat pojawiają się zagadnienia związane z podstawami astronomii. Mowa zarówno o etapie okręgowym, jak i o etapie centralnym. Jednym z częstych zagadnień występujących podczas zawodów jest obliczanie wysokości górowania Słońca. To zagadnienie może być nieco skomplikowane – szczególnie dla tych uczestników, którzy po raz pierwszy biorą udział w Olimpiadzie Geograficznej. Trudności może sprawić również tym, którzy nie są zbyt sprawni w wykonywaniu rachunków matematycznych. W tym artykule chciałbym w łatwy, a zarazem kompleksowy, sposób przybliżyć tę problematykę. Zachęcam także do zajrzenia na naszą podstronę dedykowaną przygotowaniom do Olimpiady Geograficznej.


Wysokość górowania słońca - co musisz o niej wiedzieć?

www.unsplash.com


Zacznijmy od początku, czyli od sfery niebieskiej


Zjawisko górowania Słońca jest dość mocno powiązane ze sferą niebieską. Jest to istniejąca jedynie w naszej wyobraźni przestrzeń powierzchni kuli, której centralne miejsce w jej środku zajmuje Ziemia. Promień tej kuli, który jest półprostą mającą początek w środku Ziemi, jest bliżej nieokreślony, to znaczy nie ma ustalonej długości. Pomimo faktu, że taka kula nie występuje w rzeczywistości, jej pojęcie jest bardzo przydatne. Korzystamy z niego przy rozpatrywaniu położenia ciał niebieskich względem Ziemi bez uwzględniania ich odległości. W taki sposób, jakby znajdowały się one w bardzo dużej, lecz jednakowej odległości.

W sferze niebieskiej ustala się elementy układu, który ułatwia nam określenie pozycji obserwowanych ciał niebieskich. Najwyższy punkt sfery niebieskiej, znajdujący się dokładnie nad obserwatorem, nazywamy zenitem, a najniższy punkt sfery niebieskiej – nadirem. Sfera niebieska jest ponadto rozdzielona okręgiem będącym granicą pomiędzy przestrzenią widoczną dla obserwatora a przestrzenią zasłoniętą przez Ziemię. Tę granicę nazywamy horyzontem. Dostrzegalna część sfery niebieskiej nazywa się także sklepieniem niebieskim. W tym układzie występują bieguny niebieskie (północny i południowy), które są punktami w sferze niebieskiej będącymi przedłużeniami biegunów ziemskich. Oś przechodząca przez bieguny niebieskie i zarazem pokrywająca się z osią ziemską, nazywana jest osią niebieską. Płaszczyznę będącą kołem wielkim sfery niebieskiej, która jest prostopadła do osi niebieskiej i pokrywa się z płaszczyzną równika ziemskiego, nazywamy równikiem niebieskim. Z kolei okrąg na sferze niebieskiej przechodzący przez bieguny niebieskie, zenit oraz nadir nazywamy południkiem niebieskim. Możemy z niego obserwować górowanie Słońca,

Chcąc określić położenie gwiazdy podajemy wysokość astronomiczną oraz azymut astronomiczny. Na potrzeby omówienia interesującego nas zjawiska zajmiemy się tym pierwszym pojęciem. Wysokość Słońca jest to po prostu kąt między płaszczyzną horyzontu a kierunkiem na tę gwiazdę. Przyjmuje ona wartości dodatnie lub ujemne od 0° do 90°.


Na czym polega górowanie Słońca?


Zgodnie z pozorną wędrówką Słońca po sferze niebieskiej, wynikającą z ruchu obrotowego Ziemi, wschodzi ono, czyli pojawia się nad płaszczyzną horyzontu. Następnie góruje, po czym zachodzi, czyli chowa się pod płaszczyznę horyzontu oraz dołuje. Górowanie Słońca jest jedną z konsekwencji ruchu obrotowego Ziemi. Polega ono na przejściu Słońca w jego ruchu dobowym przez południk niebieski, w którym znajduje się ono najwyżej nad płaszczyzną horyzontu. Innymi słowy – w momencie górowania gwiazda ta osiąga największą wysokość w ciągu doby. Zdarzeniem odwrotnym do górowania Słońca jest jego dołowanie. Co bardzo istotne, czas między górowaniem a dołowaniem Słońca wynosi 12 godzin.


Wysokość górowania słońca - dlaczego różnie ją obliczamy?

www.unsplash.com


Górowanie Słońca a szerokość geograficzna miejsca obserwacji


Szerokość geograficzna ma wpływ na to, jak wysoko będzie górować Słońce. W naszej analizie pokażemy trzy podstawowe przypadki wyjaśniające wpływ szerokości geograficznej na górowanie tej gwiazdy.

1. Obszar szerokości geograficznych pomiędzy zwrotnikami – na tych szerokościach geograficznych dwa razy w roku (w przypadku zwrotników raz w roku) występuje górowanie Słońca w zenicie. Mówiąc najprościej oznacza to tyle, że Słońce góruje „dokładnie nad naszymi głowami”. Osiąga możliwie najwyższy punkt na niebie, a jego promienie padają na powierzchnię Ziemi pod kątem prostym.

2. Obszary szerokości geograficznych między zwrotnikiem a kołem podbiegunowym – na tych szerokościach geograficznych nie ma takiego dnia w ciągu roku, kiedy Słońce góruje w zenicie. Co jest również istotne, nie ma też takiego dnia, w którym Słońce nie góruje pod horyzontem, czyli nie osiąga najwyższej wysokości w ciągu dnia, a zarazem jego tarcza nie jest widoczna dla obserwatora.

3. Obszary szerokości geograficznych między kołem podbiegunowym a biegunem geograficznym – na tych szerokościach geograficznych wystąpi co najmniej jeden dzień, w którym obserwator będzie mógł zaobserwować zarówno górowanie i dołowanie Słońca nad horyzontem. Innymi słowy tarcza Słońca będzie widoczna dla obserwatora przez całą dobę. Takie zjawisko nazywamy dniem polarnym. Niemniej jednak również na tych szerokościach odnotować będzie można co najmniej jeden taki dzień, w którym Słońce będzie górować oraz dołować pod horyzontem. Oznacza to tyle, że tarcza Słońca nie będzie widoczna dla obserwatora przez całą dobę. Takie zjawisko określa się z kolei mianem nocy polarnej. Na biegunach ziemskich zjawiska dnia i nocy polarnej trwają po pół roku, a na kołach podbiegunowych w ciągu całego roku występuje tylko jeden dzień polarny i jedna noc polarna.


Jak zmienia się wysokość górowania Słońca na przestrzeni roku


Wysokość górowania Słońca podlega ciągłym zmianom w ciągu roku, co jest konsekwencją ruchu obiegowego Ziemi. Jest to również związane z położeniem punktu obserwacji na danej półkuli.

W strefie międzyzwrotnikowej najwyższa wysokość górowania Słońca jest osiągana w dzień, w którym Słońce góruje w zenicie. Z kolei góruje ono najniżej podczas przesilenia zimowego w strefie między równikiem a Zwrotnikiem Raka. Podczas przesilenia letniego Słońce góruje najniżej w strefie między równikiem a Zwrotnikiem Koziorożca.

W strefach między zwrotnikiem a biegunem Słońce góruje najwyżej na Półkuli Północnej podczas przesilenia letniego, a na Półkuli Południowej podczas przesilenia zimowego. Z kolei Słońce góruje najniżej w ciągu całego roku na Półkuli Północnej podczas przesilenia zimowego, a na Półkuli Południowej – podczas przesilenia letniego.


Wysokość górowania słońca - co warto wiedzieć przed Olimpiadą Geograficzną?

www.unsplash.com


Jak obliczyć wysokość górowania Słońca?


Po tym przybliżeniu zjawiska górowania Słońca możemy przejść do najważniejszej części naszego artykułu, czyli do obliczania wysokości górowania Słońca. Obecnie, w dobie komputerów i narzędzi matematycznych, jesteśmy w stanie obliczyć wysokość górowania Słońca dla każdego punktu na Ziemi. Niezależnie od dnia roku. Jednak na Olimpiadzie Geograficznej taka umiejętność na szczęście nie będzie potrzebna. Podczas zawodów wystarczy, że będziecie umieli obliczyć wysokość górowania Słońca w dniach równonocy wiosennej i jesiennej oraz w dniach przesilenia letniego i zimowego.

Dla dni równonocy wiosennej oraz jesiennej, kiedy Słońce góruje w zenicie na Równiku, obliczenie wysokości górowania Słońca jest bardzo proste. Dla każdego punktu na Ziemi obowiązuje jeden wzór na jej wysokość górowania w tych dniach:

Gdzie:
h – wysokość górowania Słońca,
φ – szerokość geograficzna miejsca obserwacji.

Wysokość górowania Słońca w dniach przesilenia letniego i zimowego – co wtedy?

Kiedy słońce góruje w zenicie na Zwrotniku Raka mamy do czynienia z przesileniem letnim. Natomiast przesilenie zimowe ma miejsce, kiedy słońce góruje w zenicie na Zwrotniku Koziorożca. W tym przypadku warto zapamiętać prosty sposób, polegający na zadaniu sobie trzech prostych pytań w celu wybrania odpowiedniego wzoru.

1. Najpierw należy rozstrzygnąć, na którym zwrotniku słońce góruje w zenicie danego dnia na Zwrotniku Raka, czy na Zwrotniku Koziorożca?
2. Potem trzeba się zastanowić, na jakiej półkuli leży dane miejsce obserwacji?

Jeśli dany punkt leży na półkuli przeciwnej niż zwrotnik, na którym góruje Słońce w zenicie, to stosujemy taki wzór:

Gdzie:
h – wysokość górowania Słońca,
φ – szerokość geograficzna miejsca obserwacji.

Jeśli dany punkt leży na tej samej półkuli co zwrotnik, na którym góruje Słońce w zenicie, to musimy zadać jeszcze jedno pytanie:

3. Czy dany punkt obserwacji leży w strefie międzyzwrotnikowej?

Jeśli dany punkt leży w strefie międzyzwrotnikowej, to stosujemy następujący wzór:

Gdzie:
h – wysokość górowania Słońca,
φ – szerokość geograficzna miejsca obserwacji.

Jeśli dany punkt nie leży w strefie międzyzwrotnikowej, to korzystamy z takiego wzoru:

Gdzie:
h – wysokość górowania Słońca,
φ – szerokość geograficzna miejsca obserwacji.

W tym przypadku należy jeszcze rozpatrzyć przypadek dla obszarów za kołem podbiegunowym w dniu, w którym panuje tam noc polarna. W tym przypadku wartość ujemna wysokości górowania Słońca wcale nie powinna was niepokoić. Informuje ona tylko o tym, że na danym punkcie za kołem podbiegunowym w czasie nocy polarnej Słońce góruje o określoną liczbę stopni poniżej płaszczyzny horyzontu.

Kierunek, z którego obserwator widzi gwiazdę

Dodatkowo podczas obliczania wysokości górowania Słońca należy podać kierunek, z którego obserwator jest w stanie dostrzec daną gwiazdę. Podczas równonocy wiosennej i jesiennej, kiedy Słońce góruje w Zenicie na Równiku, na Półkuli Północnej Słońce jest widoczne od południowej strony, a na Półkuli Południowej – od północnej strony. Gdy Słońce góruje w zenicie na zwrotniku, na obszarze na północ od niego Słońce jest widoczne po południowej stronie nieba, a na obszarze na południe od niego – po północnej stronie nieba.

Zjawisko górowania Słońca, mimo dość złożonego charakteru, wcale nie musi być zjawiskiem niemożliwym do wyjaśnienia w przejrzysty sposób. Umiejętność ta z pewnością zaprocentuje na Olimpiadzie Geograficznej. Po więcej materiałów przygotowujących do Olimpiady Geograficznej zapraszamy na stronę Indeks w Kieszeni.

Bibliografia

1. Jan Flis, Szkolny słownik geograficzny, WSiP, Warszawa, 1985.
2. Janusz Stasiak, Zbigniew Zaniewicz, Matura vademecum geografia – zakres rozszerzony, Operon, Gdynia, 2017.
3. Witold Mizerski, Jan Żukowski, Tablice Geograficzne, Adamantan, Warszawa, 2014.

4.7/5 - (na podstawie 14 ocen)
IwK - logo - miniturka - kursy maturalne i olimpijskie
Indeks w Kieszeni
kontakt@indekswkieszeni.pl