Самый ранний закат в году обычно бывает за несколько дней до зимнего солнцестояния, потому что солнечные сутки и сутки по часам не совпадают идеально. На видимое время прохождения Солнца через полдень влияет сочетание наклона земной оси и движения Земли по эллиптической орбите. Поэтому время истинного солнечного полудня смещается относительно наших часов. День продолжает укорачиваться до солнцестояния, но закат уже может начать становиться позже.
Самый короткий день и самый ранний закат – не одно событие
Зимнее солнцестояние – момент, когда Солнце достигает самой южной точки своего годового пути по небесной сфере в Северном полушарии. Около этой даты световой день самый короткий, а ночь – самая длинная. Но длина дня определяется разницей между временем восхода и заката, тогда как самый ранний закат – отдельный экстремум только вечернего времени.
Связь положения небесных тел с местным временем помогает понять и материал о том, почему Луну иногда видно днём.
Представьте, что восход и закат сдвигаются по-разному. До солнцестояния Солнце может заходить всё раньше, но восход тоже становится позже. Если время восхода продолжает смещаться позже быстрее, чем закат – раньше, общая длина дня сокращается. Вблизи солнцестояния вечернее время заката уже меняет направление, хотя утро ещё некоторое время продолжает сдвигаться позже. Именно поэтому три даты – самый ранний закат, кратчайший день и самый поздний восход – не обязаны совпадать.
Что такое истинный солнечный полдень
Время на часах основано на равномерном ходе условных суток. Но Солнце не проходит меридиан строго в одно и то же время по механическим часам каждый день. Интервал между двумя последовательными солнечными полуднями слегка меняется в течение года. Среднее солнечное время сглаживает это изменение и удобно для повседневного расписания, но реальное положение Солнца относительно небесного меридиана немного опережает или отстаёт от среднего.
Разницу называют уравнением времени. Оно меняется по календарю и влияет на момент местного солнечного полудня. Когда полдень смещается, обе границы светового дня – восход и закат – тоже смещаются относительно гражданского времени. Вокруг зимнего солнцестояния этот календарный сдвиг складывается с сезонным изменением продолжительности дня, и в сумме вечерний экстремум наступает раньше даты кратчайшего дня.
Причём здесь орбита Земли
Орбита Земли немного вытянута, а не является идеальной окружностью. Вблизи перигелия Земля движется по орбите быстрее, чем около афелия. Проекция этого движения на небесную сферу меняет видимую скорость Солнца вдоль эклиптики. Поэтому его кажущееся движение по небу не идеально равномерно относительно часов.
Второй эффект связан с наклоном земной оси к плоскости орбиты. Солнце проходит по наклонённой линии – эклиптике, а гражданские часы измеряют время по условному равномерному кругу небесного экватора. Одинаковый угловой шаг вдоль эклиптики даёт разное изменение прямого восхождения в зависимости от сезона. Это тоже меняет интервал между солнечными полуднями.
Оба эффекта складываются. В одни части года они усиливают друг друга, в другие частично компенсируются. Не нужно представлять, что Земля внезапно начинает «крутиться медленнее» именно перед солнцестоянием: перемена в календарном времени возникает из геометрии орбиты и того, как мы определяем часы и солнечный полдень.
Почему дата зависит от места
Самая ранняя дата заката зависит от широты и долготы. В одной и той же стране города на западе и востоке имеют разное местное солнечное время, хотя их часы показывают единое поясное время. Высота горизонта, рельеф и здания также могут скрыть Солнце раньше видимого астрономического заката. Поэтому наблюдаемая дата в конкретном дворе может отличаться от вычисленного времени для ровного математического горизонта.
В разных широтах сезонная длина дня и изменение времени восхода также устроены неодинаково. Вблизи полярных широт положение Солнца меняется особенно заметно, а выше полярного круга часть зимы может проходить без восхода. Для тропиков календарные сдвиги заката будут другими, потому что Солнце проходит по небу под иным углом. Универсальная дата для всей Земли некорректна.
Если сверяться с таблицей, важно знать, какие именно события и временная зона указаны. Приложение может округлять минуты, показывать стандартное атмосферное преломление или рассчитывать положение с учётом местного горизонта. Наблюдение из окна добавит здания и деревья. Поэтому разница в минуту между источниками ещё не означает ошибку в астрономии.
Что происходит после самой ранней даты
После самого раннего заката Солнце начинает заходить позднее каждый день, хотя до зимнего солнцестояния световой день всё ещё может сокращаться. Это возможно, потому что восход в это время смещается позже ещё быстрее. После солнцестояния день в целом начинает прибавляться, но самый поздний восход обычно наступает уже после этой даты.
Цвет закатного неба определяется рассеянием света в атмосфере – это объяснено в статье о том, почему небо на закате меняет цвет.
Наблюдая за этим эффектом, легко спутать «вечером светло дольше» с «день стал длиннее». Для измерения длительности нужно сравнивать и восход, и закат. В быту же заметен только один край дня: если человек возвращается домой вечером, ему кажется, что зима уже «повернула к свету», даже если утро пока остаётся тёмным.
Итак, ранний закат происходит до зимнего солнцестояния из-за уравнения времени – календарного смещения солнечного полудня, которое создают наклон оси и эллиптическая орбита Земли. Кратчайший день определяется длительностью между восходом и закатом, а не только временем ухода Солнца за горизонт. Связанные небесные наблюдения описаны в статье о том, почему Луну иногда видно днём, а окраску вечернего неба объясняет материал о том, почему небо на закате меняет цвет.
Почему солнечный полдень меняется на часах
Местный солнечный полдень наступает, когда Солнце проходит через меридиан наблюдателя. На часах он не обязан приходиться ровно на 12:00: часовой пояс объединяет большие территории, а границы поясов не следуют каждой долготе. Дополнительно реальный солнечный полдень смещается по календарю из-за уравнения времени. Поэтому график времени заката для города нельзя напрямую переносить на другое место, даже если там та же широта.
Атмосфера тоже слегка меняет наблюдаемое положение Солнца у горизонта: лучи преломляются, и диск виден немного выше геометрического положения. Для вычисления восходов и закатов учитывают принятую модель рефракции и высоту горизонта. Это не причина того, что ранний закат предшествует солнцестоянию – календарный сдвиг создаёт уравнение времени, – но рефракция влияет на конкретную минуту события.
Если смотреть на Солнце в разные дни, изменение не всегда видно глазом. Закат смещается на небольшое количество времени, а облака, горы и здания мешают сравнению. Надёжнее сравнивать таблицы для одной точки наблюдения и одинаковых определений заката. Тогда будет видно, что время вечера разворачивается раньше, чем достигается годовой минимум длительности дня.
