Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου, τόσο. Ηλιακές γωνίες και σκίαση

Στο ίδιο γεωγραφικό σημείο V διαφορετική ώραΚατά τη διάρκεια της ημέρας, οι ακτίνες του ήλιου χτυπούν τη γη από διαφορετικές γωνίες. Έχοντας υπολογίσει αυτή τη γωνία και γνωρίζοντας γεωγραφικές συντεταγμένες, μπορείτε να υπολογίσετε με ακρίβεια τον αστρονομικό χρόνο. Το αντίθετο αποτέλεσμα είναι επίσης δυνατό. Χρησιμοποιώντας ένα χρονόμετρο που δείχνει την ακριβή αστρονομική ώρα, μπορείτε να γεωαναφέρετε ένα σημείο.

Θα χρειαστείτε

• - γνώμονας;
• - χάρακας
• - οριζόντια επιφάνεια
• - επίπεδο υγρού για τη δημιουργία οριζόντιας επιφάνειας.
• - αριθμομηχανή;
• - πίνακες εφαπτομένων και συνεφαπτομένων.

Οδηγίες

• Βρείτε μια αυστηρά οριζόντια επιφάνεια. Ελέγξτε το χρησιμοποιώντας ένα επίπεδο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε είτε μια φούσκα είτε μια ηλεκτρονική συσκευή. Εάν χρησιμοποιείτε επίπεδο υγρού, η φούσκα πρέπει να βρίσκεται ακριβώς στο κέντρο. Για ευκολία στην περαιτέρω εργασία, στερεώστε ένα φύλλο χαρτιού στην επιφάνεια. Καλύτερο σε σε αυτήν την περίπτωσηχρησιμοποιήστε γραφικό χαρτί. Ως οριζόντια επιφάνεια, μπορείτε να πάρετε ένα φύλλο από παχύ, ανθεκτικό κόντρα πλακέ. Δεν πρέπει να υπάρχουν βαθουλώματα ή εξογκώματα πάνω του.
• Σχεδιάστε μια κουκκίδα ή έναν σταυρό στο γραφικό χαρτί. Τοποθετήστε το gnomon κατακόρυφα έτσι ώστε ο άξονάς του να συμπίπτει με το σημάδι σας.Το gnomon είναι μια ράβδος ή ένας στύλος που τοποθετείται αυστηρά κάθετα. Η κορυφή του έχει σχήμα αιχμηρού κώνου.
• Στο τελικό σημείο της σκιάς του gnomon, τοποθετήστε ένα δεύτερο σημείο. Ορίστε το ως σημείο Α και το πρώτο ως σημείο Γ. Το ύψος του γνώμονα θα πρέπει να σας είναι γνωστό με επαρκή ακρίβεια. Όσο μεγαλύτερο είναι το gnomon, τόσο πιο ακριβές είναι το αποτέλεσμα.
• Μετρήστε την απόσταση από το σημείο Α στο σημείο Γ με όποιον τρόπο μπορείτε. Βεβαιωθείτε ότι οι μονάδες είναι ίδιες με το ύψος του gnomon. Εάν είναι απαραίτητο, μετατρέψτε στις πιο βολικές μονάδες.
• Σε ξεχωριστό φύλλο χαρτιού, κάντε ένα σχέδιο χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που λάβατε. Το σχέδιο πρέπει να μοιάζει ορθογώνιο τρίγωνο, του οποίου η ορθή γωνία C είναι η θέση του γνώμονα, το πόδι CA είναι το μήκος της σκιάς και το πόδι SV είναι το ύψος του γνώμονα.
• Υπολογίστε τη γωνία Α χρησιμοποιώντας εφαπτομένη ή συνεφαπτομένη χρησιμοποιώντας τον τύπο tgA=BC/AC. Γνωρίζοντας την εφαπτομένη, προσδιορίστε την πραγματική γωνία.
• Η γωνία που προκύπτει είναι η γωνία μεταξύ της οριζόντιας επιφάνειας και της ακτίνας του ήλιου. Η γωνία πρόσπτωσης είναι η γωνία μεταξύ της καθέτου που έχει χαμηλώσει στην επιφάνεια και της ακτίνας. Δηλαδή ισούται με 90º-A.

Η πιο σημαντική πηγή από την οποία η επιφάνεια και η ατμόσφαιρα της Γης λαμβάνουν θερμική ενέργεια είναι ο Ήλιος. Στέλνει κολοσσιαία ποσότητα ακτινοβολούμενη ενέργεια: θερμικό, ελαφρύ, υπεριώδες. Εκπέμπεται από τον Ήλιο Ηλεκτρομαγνητικά κύματαδιαδίδεται με ταχύτητα 300.000 km/s.

Από τη γωνία πρόσπτωσης ακτίνες ηλίουεξαρτάται από τη θέρμανση της επιφάνειας της γης. Όλες οι ακτίνες του ήλιου φτάνουν στην επιφάνεια της Γης παράλληλα μεταξύ τους, αλλά δεδομένου ότι η Γη είναι σφαιρική, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν σε διαφορετικά μέρη της επιφάνειάς της σε διαφορετικές γωνίες. Όταν ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του, οι ακτίνες του πέφτουν κάθετα και η Γη θερμαίνεται περισσότερο.

Ολόκληρο το σύνολο της ακτινοβολούμενης ενέργειας που στέλνει ο Ήλιος ονομάζεται ηλιακή ακτινοβολία,εκφράζεται συνήθως σε θερμίδες ανά μονάδα επιφάνειας ανά έτος.

Η ηλιακή ακτινοβολία καθορίζει το καθεστώς θερμοκρασίας της ατμοσφαιρικής τροπόσφαιρας της Γης.

πρέπει να σημειωθεί ότι σύνολο ηλιακή ακτινοβολίαπερισσότερο από δύο δισεκατομμύρια φορές την ποσότητα ενέργειας που λαμβάνει η Γη.

Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης αποτελείται από άμεση και διάχυτη.

Ακτινοβολία που έρχεται στη Γη απευθείας από τον Ήλιο με τη μορφή άμεσων ηλιακών ακτίνων στο χωρίς σύννεφα ουρανό, που ονομάζεται ευθεία.Αυτή κουβαλάει μεγαλύτερος αριθμόςζεστασιά και φως. Αν ο πλανήτης μας δεν είχε ατμόσφαιρα, η επιφάνεια της γης θα δεχόταν μόνο άμεση ακτινοβολία.

Ωστόσο, περνώντας από την ατμόσφαιρα, περίπου ένα τέταρτο ηλιακή ακτινοβολίαδιασκορπίζεται από μόρια αερίων και ακαθαρσίες, αποκλίνει από ίσιο μονοπάτι. Μερικά από αυτά φτάνουν στην επιφάνεια της Γης, σχηματίζοντας διάσπαρτη ηλιακή ακτινοβολία.Χάρη στη διάσπαρτη ακτινοβολία, το φως διεισδύει σε μέρη όπου το άμεσο ηλιακό φως (άμεση ακτινοβολία) δεν διεισδύει. Αυτή η ακτινοβολία δημιουργεί το φως της ημέρας και δίνει χρώμα στον ουρανό.

Ολική ηλιακή ακτινοβολία

Όλες οι ακτίνες του ήλιου που φτάνουν στη Γη είναι συνολική ηλιακή ακτινοβολία,δηλ. το σύνολο της άμεσης και διάχυτης ακτινοβολίας (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Συνολική ηλιακή ακτινοβολία για το έτος

Κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης

Η ηλιακή ακτινοβολία κατανέμεται άνισα σε όλη τη γη. Εξαρτάται:

1. σχετικά με την πυκνότητα και την υγρασία του αέρα - όσο υψηλότερα είναι, τόσο λιγότερη ακτινοβολία δέχεται η επιφάνεια της γης.

2. από γεωγραφικό πλάτοςέδαφος - η ποσότητα της ακτινοβολίας αυξάνεται από τους πόλους στον ισημερινό. Η ποσότητα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας εξαρτάται από το μήκος της διαδρομής που διανύουν οι ακτίνες του ήλιου στην ατμόσφαιρα. Όταν ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του (η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων είναι 90°), οι ακτίνες του χτυπούν τη Γη μέσω της συντομότερης διαδρομής και εκπέμπουν έντονα την ενέργειά τους μικρή έκταση. Στη Γη, αυτό συμβαίνει στη ζώνη μεταξύ 23° Β. w. και 23° Ν. σ., δηλαδή μεταξύ των τροπικών. Καθώς απομακρύνεστε από αυτή τη ζώνη προς τα νότια ή τα βόρεια, το μήκος της διαδρομής των ακτίνων του ήλιου αυξάνεται, δηλαδή μειώνεται η γωνία πρόσπτωσης τους στην επιφάνεια της γης. Οι ακτίνες αρχίζουν να πέφτουν στη Γη με μικρότερη γωνία, σαν να γλιστρούν, πλησιάζοντας την εφαπτομένη στην περιοχή των πόλων. Ως αποτέλεσμα, η ίδια ροή ενέργειας κατανέμεται κατά μήκος μεγάλη περιοχή, επομένως η ποσότητα της ανακλώμενης ενέργειας αυξάνεται. Έτσι, στην περιοχή του ισημερινού, όπου οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν στην επιφάνεια της γης υπό γωνία 90°, η ποσότητα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται η επιφάνεια της γης είναι μεγαλύτερη και καθώς κινούμαστε προς τους πόλους, αυτή η ποσότητα απότομα μειώνεται. Επιπλέον, η διάρκεια της ημέρας σε διαφορετικές εποχές του έτους εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής, το οποίο καθορίζει επίσης την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης.

3. Από την ετήσια και καθημερινή κίνηση της Γης - στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η εισροή της ηλιακής ακτινοβολίας ποικίλλει πολύ ανάλογα με τις εποχές, η οποία σχετίζεται με αλλαγές στο μεσημεριανό υψόμετρο του Ήλιου και τη διάρκεια της ημέρας.

4. για τη φύση της επιφάνειας της γης - όσο πιο ανοιχτόχρωμη είναι η επιφάνεια, τόσο περισσότερο το ηλιακό φως αντανακλά. Η ικανότητα μιας επιφάνειας να ανακλά την ακτινοβολία ονομάζεται albedo(από το λατινικό whiteness). Το χιόνι αντανακλά την ακτινοβολία ιδιαίτερα έντονα (90%), η άμμος πιο αδύναμη (35%) και το μαύρο έδαφος ακόμα πιο αδύναμο (4%).

Η επιφάνεια της γης απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία (απορροφημένη ακτινοβολία),θερμαίνεται και εκπέμπει θερμότητα στην ατμόσφαιρα (ανακλώμενη ακτινοβολία).Τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας εμποδίζουν σε μεγάλο βαθμό την επίγεια ακτινοβολία. Η ακτινοβολία που απορροφάται από την επιφάνεια της γης δαπανάται για τη θέρμανση του εδάφους, του αέρα και του νερού.

Αυτό το μέρος συνολική ακτινοβολία, που παραμένει μετά από προβληματισμό και θερμική ακτινοβολίαεπιφάνεια της γης ονομάζεται ισορροπία ακτινοβολίας.Το ισοζύγιο ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας και ανάλογα με τις εποχές του έτους, αλλά κατά μέσο όρο ανά έτος είναι θετική αξίαπαντού εκτός από παγωμένες ερήμουςΓροιλανδία και Ανταρκτική. Η ισορροπία ακτινοβολίας φτάνει τις μέγιστες τιμές της σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη (μεταξύ 20° Β και 20° Ν) - πάνω από 42*10 2 J/m 2, σε γεωγραφικό πλάτος περίπου 60° και στα δύο ημισφαίρια μειώνεται σε 8*10 2 - 13*10 2 J/m 2.

Οι ακτίνες του ήλιου δίνουν έως και το 20% της ενέργειάς τους στην ατμόσφαιρα, η οποία κατανέμεται σε όλο το πάχος του αέρα και επομένως η θέρμανση του αέρα που προκαλούν είναι σχετικά μικρή. Ο ήλιος θερμαίνει την επιφάνεια της Γης, η οποία μεταφέρει θερμότητα ατμοσφαιρικός αέραςεξαιτίας μεταγωγή(από λατ. μεταγωγή- παράδοση), δηλαδή η κατακόρυφη κίνηση του αέρα που θερμαίνεται στην επιφάνεια της γης, στη θέση της οποίας κατεβαίνει ψυχρότερος αέρας. Έτσι γίνεται η ατμόσφαιρα πλέονθερμότητα - κατά μέσο όρο τρεις φορές περισσότερο από ό, τι απευθείας από τον Ήλιο.

Παρουσία σε διοξείδιο του άνθρακακαι οι υδρατμοί εμποδίζουν τη θερμότητα που ανακλάται από την επιφάνεια της γης να διαφύγει ελεύθερα στο διάστημα. Δημιουργούν Το φαινόμενο του θερμοκηπίου,χάρη στην οποία η διαφορά θερμοκρασίας στη Γη κατά τη διάρκεια της ημέρας δεν υπερβαίνει τους 15 °C. Ελλείψει διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η επιφάνεια της γης θα κρυώσει κατά 40-50 °C κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Ως αποτέλεσμα της αυξανόμενης κλίμακας ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑάνθρωποι - καύση άνθρακα και πετρελαίου σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, εκπομπές βιομηχανικές επιχειρήσεις, αυξάνοντας τις εκπομπές των αυτοκινήτων - η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση το φαινόμενο του θερμοκηπίουκαι απειλεί παγκόσμια αλλαγήκλίμα.

Οι ακτίνες του ήλιου, έχοντας περάσει από την ατμόσφαιρα, χτυπούν την επιφάνεια της Γης και τη θερμαίνουν, η οποία, με τη σειρά της, εκπέμπει θερμότητα στην ατμόσφαιρα. Αυτό εξηγεί χαρακτηριστικό στοιχείοτροπόσφαιρα: μείωση της θερμοκρασίας του αέρα με το ύψος. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που τα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας αποδεικνύονται θερμότερα από τα χαμηλότερα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αναστροφή θερμοκρασίας(από το λατινικό inversio - αναποδογυρίζοντας).

Ο ήλιος είναι η πηγή των πάντων στη Γη: φως, θερμότητα, ζωή. Μόνο το φως του ήλιου έδωσε στους ανθρώπους ζεστασιά πριν μάθουν να κάνουν φωτιά - η ηλιακή ενέργεια ήταν η πρώτη που κατακτήθηκε από την ανθρώπινη κοινότητα. Δεν είναι τυχαίο που αυτή η ίδια η κοινότητα προέκυψε, όπως λένε οι παλαιοντολόγοι, κάτω από τον καυτό ήλιο του ισημερινού, στην Κεντρική Αφρική. Προφανώς, η ενέργεια του Ήλιου θα γίνει η πιο αποδεκτή στις μελλοντικές εποχές λόγω της φυσικότητάς της (δίνεται δωρεάν), της ανεξάντλητης φύσης και της περιβαλλοντικής καθαρότητας. Γιατί έμεινε στη σκιά μέχρι τώρα; Γιατί για χιλιάδες χρόνια ο άνθρωπος προτιμούσε να ζεσταίνεται και να μαγειρεύει φαγητό καίγοντας ξύλα, κάρβουνο, λάδι, δημιουργώντας έξυπνες κατασκευές σε γρήγορα ποτάμια και φυσώντας ανέμους και εξορύσσοντας (πρόσφατα) επικίνδυνο ραδιενεργό ουράνιο; Επειδή για μια τεχνικά υπανάπτυκτη κοινωνία, αλυσοδεμένες στην επιφάνεια της γης, οι ηλιακοί σταθμοί θα ήταν χαμηλής ισχύος, ογκώδεις, εξαρτώμενοι από τις καιρικές συνθήκες - πρακτικά μη ανταγωνιστικοί. Μόνο οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας μάντευαν ενστικτωδώς τη μελλοντική αναπόφευκτη άνοδό τους.

Με την είσοδο στο διάστημα, τη δημιουργία τροχιακών σταθμών και τη ραγδαία ανάπτυξη των ηλεκτρονικών (κυρίως ημιαγωγών), η κατάσταση άλλαξε δραματικά. Πλέον η ηλιακή ενέργεια δεν είναι ένα μακρινό όνειρο, αλλά μια καθημερινή πραγματικότητα, που καταλαμβάνει όλο και περισσότερο χώρο στις δραστηριότητες των επιστημονικών ιδρυμάτων και των βιομηχανικών οργανισμών.

Η ηλιακή ενέργεια είναι ανεξάντλητη - με την ατελείωτη ανάπτυξη των τεχνικών μας δυνατοτήτων.

Η υψηλότερη πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας που πέφτει στη Γη είναι περίπου 1 kW/m 2 στην περιοχή μήκους κύματος 0,3-2,5 μικρά. Αυτή η ακτινοβολία ονομάζεται ακτινοβολία βραχέων κυμάτων και περιλαμβάνει το ορατό φάσμα. Για κατοικημένες περιοχές, ανάλογα με την τοποθεσία, την ώρα της ημέρας και τον καιρό, ροές ηλιακή ενέργειαφτάνοντας στη Γη ποικίλλουν από 3 έως 30 MJ/m2 την ημέρα. Η ηλιακή ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από ενέργεια φωτονίων στο μέγιστο της κατανομής της τάξης των 2 eV, που προσδιορίζεται από τη θερμοκρασία της ηλιακής επιφάνειας περίπου 6000 K. Αυτή είναι μια ροή ενέργειας από μια προσβάσιμη πηγή πολύ υψηλότερης θερμοκρασίας από αυτή των παραδοσιακών τεχνικών πηγών . Η ακτινοβολία διαδίδεται με ταχύτητα 3x10 8 m/s και φτάνει ατμόσφαιρα της γηςσε περίπου 8 λεπτά. Θερμική ενέργειαμπορεί να χρησιμοποιηθεί με τη χρήση τυπικών τεχνικών συσκευών (για παράδειγμα: ατμοστρόβιλοι) και μεθόδων που αναπτύχθηκαν με βάση τις φωτοχημικές και φωτοφυσικές αλληλεπιδράσεις. Οι ενεργειακές ροές ακτινοβολίας που συνδέουν την ατμόσφαιρα με την επιφάνεια της Γης είναι επίσης της τάξης του 1 kW/m2, αλλά καλύπτουν ένα άλλο φασματικό εύρος - από 5 έως 25 μικρά, που ονομάζεται μακρά κύμα με μέγιστο περίπου 10 μικρά. Στο φάσμα, η ακτινοβολία βραχέων και μακρών κυμάτων βρίσκονται αρκετά μακριά η μία από την άλλη και μπορούν εύκολα να διακριθούν.

1 Γωνία πρόσπτωσης ήλιου και γωνία ζενίθ

Ο ήλιος είναι ένα αστέρι ηλιακό σύστημα, που είναι πηγή τεράστιων ποσοτήτων θερμότητας και εκθαμβωτικού φωτός για τον πλανήτη Γη. Παρά το γεγονός ότι ο Ήλιος βρίσκεται σε σημαντική απόσταση από εμάς και μόνο ένα μικρό μέρος της ακτινοβολίας του φτάνει σε εμάς, αυτό είναι αρκετά αρκετό για την ανάπτυξη της ζωής στη Γη. Ο πλανήτης μας περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο σε τροχιά. Εάν παρατηρήσετε τη Γη από ένα διαστημόπλοιο καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, θα παρατηρήσετε ότι ο Ήλιος πάντα φωτίζει μόνο το μισό της Γης, επομένως, θα υπάρχει μέρα εκεί και στο αντίθετο μισό αυτή τη στιγμή θα υπάρχει νύχτα. Η επιφάνεια της γης δέχεται θερμότητα μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Η Γη μας θερμαίνεται άνισα. Η ανομοιόμορφη θέρμανση της Γης εξηγείται από αυτήν σφαιρικό σχήμα, επομένως, η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας του ήλιου είναι διαφορετική σε διαφορετικές περιοχές, πράγμα που σημαίνει ότι διαφορετικά μέρη της Γης δέχονται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας. Στον ισημερινό, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κάθετα και θερμαίνουν πολύ τη Γη. Όσο πιο μακριά από τον ισημερινό, τόσο μικρότερη γίνεται η γωνία πρόσπτωσης της δέσμης και επομένως τόσο λιγότερη θερμότητα λαμβάνουν αυτές οι περιοχές. Μια δέσμη ηλιακής ακτινοβολίας ίδιας ισχύος θερμαίνει μια πολύ μικρότερη περιοχή στον ισημερινό, αφού πέφτει κατακόρυφα. Επιπλέον, οι ακτίνες που πέφτουν σε μικρότερη γωνία από τον ισημερινό, διαπερνώντας την ατμόσφαιρα, διανύουν μεγαλύτερη διαδρομή σε αυτήν, με αποτέλεσμα μερικές από τις ακτίνες του ήλιου να διασκορπίζονται στην τροπόσφαιρα και να μην φτάνουν στην επιφάνεια της γης. Όλα αυτά δείχνουν ότι με την απόσταση από τον ισημερινό προς τα βόρεια ή τα νότια, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται, καθώς μειώνεται η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας του ήλιου.

Ο βαθμός θέρμανσης της επιφάνειας της γης επηρεάζεται επίσης από το γεγονός ότι ο άξονας της γης είναι κεκλιμένος προς το τροχιακό επίπεδο κατά μήκος του οποίου κάνει η γη πλήρης στροφήγύρω από τον Ήλιο, σε γωνία 66,5° και κατευθυνόμενη πάντα με το βόρειο άκρο του προς το Βόρειο Αστέρι.

Ας φανταστούμε ότι η Γη, κινούμενη γύρω από τον Ήλιο, έχει έναν γήινο άξονα κάθετο στο επίπεδο της τροχιάς περιστροφής. Τότε η επιφάνεια θα ήταν διαφορετικά γεωγραφικά πλάτηθα λάμβανε σταθερή ποσότητα θερμότητας καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας του ήλιου θα ήταν σταθερή όλη την ώρα, η ημέρα θα ήταν πάντα ίση με τη νύχτα, δεν θα υπήρχε αλλαγή των εποχών. Στον ισημερινό, αυτές οι συνθήκες θα διέφεραν ελάχιστα από τις σημερινές. Σημαντική επίδραση στη θέρμανση της επιφάνειας της γης, και επομένως σε ολόκληρο το κλίμα, η κλίση άξονα της γηςέχει ακριβώς σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη.

Κατά τη διάρκεια του έτους, δηλαδή κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιστροφής της Γης γύρω από τον Ήλιο, τέσσερις ημέρες είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτες: 21 Μαρτίου, 23 Σεπτεμβρίου, 22 Ιουνίου, 22 Δεκεμβρίου.

Τροπικοί και πολικοί κύκλοιΧωρίζουν την επιφάνεια της Γης σε ζώνες που διαφέρουν ως προς τον ηλιακό φωτισμό και την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από τον Ήλιο. Υπάρχουν 5 φωτεινές ζώνες: ο βόρειος και ο νότιος πολικός, που λαμβάνουν λίγο φως και θερμότητα, η τροπική ζώνη με ζεστό κλίμα και η βόρεια και νότια εύκρατες ζώνες, που δέχονται περισσότερο φως και θερμότητα από τα πολικά, αλλά λιγότερο από τα τροπικά.

Εικόνα 1.1 – Θέση της Γης σε σχέση με τον Ήλιο

Συμπερασματικά, μπορούμε να βγάλουμε ένα γενικό συμπέρασμα: η ανομοιόμορφη θέρμανση και ο φωτισμός της επιφάνειας της γης συνδέεται με τη σφαιρικότητα της Γης μας και με την κλίση του άξονα της γης στις 66,5° ως προς την τροχιά γύρω από τον Ήλιο.

Η γωνία πρόσπτωσης της δέσμης είναι η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας δέσμης και της κάθετης προς την ανακλώσα επιφάνεια στο σημείο κάμψης της δέσμης. Στο ίδιο γεωγραφικό σημείο σε διαφορετικές ώρες της ημέρας, οι ακτίνες του ήλιου χτυπούν τη γη από διαφορετικές γωνίες.

Εικόνα 1.2 – Η συχνότητα μιας ηλιακής ακτίνας και η ανάκλασή της

Ποσότητα ηλιακό φωςκαι η θερμότητα που φτάνει στην επιφάνεια της γης είναι ευθέως ανάλογη με τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων. Οι ακτίνες του ήλιου μπορούν να χτυπήσουν τη Γη υπό γωνία 0 έως 90 μοιρών. Η γωνία πρόσκρουσης των ακτίνων στη γη είναι διαφορετική, επειδή ο πλανήτης μας είναι σφαιρικός. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο πιο ελαφρύ και ζεστό είναι.

Έτσι, εάν η δέσμη έρχεται σε γωνία 0 μοιρών, γλιστρά μόνο κατά μήκος της επιφάνειας της γης χωρίς να τη θερμαίνει. Αυτή η γωνία πρόσπτωσης εμφανίζεται στο Βόρειο και Νότιοι πόλοι, πέρα ​​από τον Αρκτικό Κύκλο. Σε ορθή γωνία, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν στον ισημερινό και στην επιφάνεια μεταξύ των νότιων και βόρειων τροπικών. Αυτός ο δείκτης θεωρείται η μέγιστη γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός. Όπως γνωρίζετε, από το μάθημα της τάξης VII, στις 21 Μαρτίου και στις 23 Σεπτεμβρίου, ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του πάνω από τον ισημερινό, οι ακτίνες πέφτουν εδώ στη μέγιστη γωνία. Από εδώ, προς την κατεύθυνση προς βορρά και νότο, η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου μειώνεται. Ως αποτέλεσμα, για να υπολογίσουμε τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων σε ένα συγκεκριμένο σημείο που βρίσκεται και στα δύο ημισφαίρια, μπορούμε να γράψουμε την ακόλουθη έκφραση:

ω =90°-φ (1)

όπου, ω – γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός.

φ – γεωγραφικό πλάτος όπου βρίσκεται το σημείο.

Εάν η γωνία των ακτίνων του ήλιου που χτυπούν το έδαφος είναι ευθεία, αυτό δείχνει ότι ο ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του.

Ζενίθ είναι η γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός ίση με 90°.

Έτσι, η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων στην επιφάνεια της γης και το ύψος του ήλιου πάνω από τον ορίζοντα είναι ίσα. Εξαρτώνται από το γεωγραφικό πλάτος. Όσο πιο κοντά στο μηδέν γεωγραφικό πλάτος, όσο πιο κοντά είναι η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων στις 90 μοίρες, όσο υψηλότερος είναι ο ήλιος πάνω από τον ορίζοντα, τόσο θερμότερος και φωτεινότερος είναι.

Η γωνία ζενίθ του Ήλιου αλλάζει ανάλογα με την περιστροφή της Γης γύρω από τον Ήλιο και την περιστροφή της Γης στον άξονά της.

Κατά τη διάρκεια ενός έτους, η Γη περιγράφει μια ελλειπτική τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Σε έναν παρατηρητή στη Γη, αντίθετα, φαίνεται ότι ο Ήλιος κινείται κατά μήκος ουράνιος θόλοςκαι περιγράφει ένα μονοπάτι που ονομάζεται εκλειπτική κατά τη διάρκεια ενός έτους. Το επίπεδο της εκλειπτικής σχηματίζει γωνία 23 O 27' (περίπου 23 και μισή μοίρες) με το επίπεδο του ισημερινού της γης.

Εικόνα 1.3 – Η κίνηση της Γης κατά μήκος της εκλειπτικής και της τομής του Ήλιου με το ισημερινό επίπεδο

Προχωρώντας κατά μήκος της εκλειπτικής, ο Ήλιος διασχίζει το ισημερινό επίπεδο στις 21 Μαρτίου (εαρινή ισημερία) και στις 24 Σεπτεμβρίου (φθινοπωρινή ισημερία) και φτάνει σε μέγιστο υψόμετρο 23 και μισή μοίρες πάνω από τον ισημερινό - 22 Ιουνίου είναι το θερινό ηλιοστάσιο (για έναν παρατηρητή στο βόρειο ημισφαίριο) και ελάχιστο υψόμετρο 22 Δεκεμβρίου (ημέρα χειμερινού ηλιοστασίου).

Στην πορεία, η απόκλιση του Ήλιου σε σχέση με τον ισημερινό της Γης αλλάζει.

Επιπλέον, η Γη εξακολουθεί να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της, με αποτέλεσμα η γωνία ζενίθ να εξαρτάται και από την ωριαία γωνία.

Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη τις αλλαγές στην απόκλιση του Ήλιου, το γεωγραφικό πλάτος του παρατηρητή και τον χρόνο σε σχέση με το πραγματικό μεσημέρι, η γωνία ζενίθ, λαμβάνοντας υπόψη τη σφαιρική γεωμετρία, καθορίζεται από τον τύπο:

(2)

όπου, είναι γεωγραφικό πλάτος?

Απόκλιση της τροχιάς της Γης.

t - τρέχουσα ώρα.

t p είναι η ώρα του αληθινού μεσημεριού (σε δευτερόλεπτα), ο παρονομαστής είναι η διάρκεια της ημέρας (επίσης σε δευτερόλεπτα).

Η θέση του Ήλιου στον ουρανό αλλάζει συνεχώς. Το καλοκαίρι ο Ήλιος είναι ψηλότερα στον ουρανό παρά το χειμώνα. Το χειμώνα ανεβαίνει προς τα νότια της κατεύθυνσης προς ανατολάς, και το καλοκαίρι - προς τα βόρεια αυτής της κατεύθυνσης.Γραφικά, αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί με ένα σκίτσο της διαδρομής του Ήλιου στον ουρανό κατά τη διάρκεια του έτους. Οι αριθμοί στους κύκλους δείχνουν την ώρα της ημέρας. Για την παροχή της πιο αποτελεσματικής συνθήκης σκίασης, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η θέση του Ήλιου. Για παράδειγμα, για να προσδιορίσετε το μέγεθος μιας συσκευής σκίασης που εμποδίζει το άμεσο ηλιακό φως να εισέλθει σε ένα παράθυρο μεταξύ 10 π.μ. και 2 μ.μ., είναι απαραίτητο να γνωρίζετε τη γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός (γωνία πρόσπτωσης). Μια άλλη κατάσταση που απαιτεί τέτοιες πληροφορίες περιγράφεται στην ενότητα «Ηλιακή ακτινοβολία».

Η θέση του Ήλιου στον ουρανό καθορίζεται από δύο γωνιακές μετρήσεις: υψόμετρο και αζιμούθιο του Ήλιου. Το ύψος του Ήλιου μετριέται από την οριζόντια. Το ηλιακό αζιμούθιο |3 μετριέται από κατεύθυνση προς νότο (Εικ. 6.23). Αυτές οι γωνίες μπορούν να υπολογιστούν ή να ληφθούν από προκαταρτισμένους πίνακες ή νομογράμματα.

Ο υπολογισμός εξαρτάται από τρεις μεταβλητές: γεωγραφικό πλάτος L, απόκλιση 6 και γωνία ώρας Y. Το γεωγραφικό πλάτος μπορεί να βρεθεί από οποιονδήποτε καλό χάρτη. Η απόκλιση, ή ένα μέτρο του πόσο βόρεια ή νότια έχει μετακινηθεί ο Ήλιος από τον ισημερινό, ποικίλλει από μήνα σε μήνα (Εικόνα 6.24). Η γωνία ώρας εξαρτάται από την τοπική ηλιακή ώρα: I = 0,25 (ο αριθμός λεπτών από το τοπικό ηλιακό μεσημέρι). Ο ηλιακός χρόνος (ο χρόνος που εμφανίζεται απευθείας από ένα ηλιακό ρολόι) υπολογίζεται από το ηλιακό μεσημέρι, όταν ο Ήλιος είναι το ΨΗΛΟΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟουράνιος θόλος. Λόγω των αλλαγών στην ταχύτητα της τροχιάς της Γης σε διαφορετικές εποχές του έτους, η διάρκεια της ημέρας (μετρούμενη από το μεσημέρι έως το επόμενο ηλιακό μεσημέρι) διαφέρει ελαφρώς από τη διάρκεια της ημέρας σύμφωνα με τη μέση ηλιακή ώρα (μετρούμενη με συνηθισμένα ρολόγια ). Κατά τον υπολογισμό της τοπικής ηλιακής ώρας, αυτή η διαφορά λαμβάνεται υπόψη μαζί με μια διόρθωση για το γεωγραφικό μήκος εάν ο παρατηρητής δεν στέκεται στον τυπικό μεσημβρινό ώρας της ζώνης ώρας του.

Για να ρυθμίσετε την τοπική τυπική ώρα (χρησιμοποιήστε ακριβές ρολόι) σύμφωνα με την τοπική ηλιακή ώρα, πρέπει να εκτελεστούν διάφορες λειτουργίες:

1) αν ισχύει ο χρόνος μητρότητας, αφαιρέστε 1 ώρα.

2) προσδιορίστε τον μεσημβρινό αυτού του σημείου. Προσδιορίστε τον τυπικό μεσημβρινό ώρας για αυτήν την τοποθεσία (75° για την ανατολική τυπική ώρα, 90° για την κεντρική τυπική ώρα, 150° για την τυπική ώρα Αλάσκας-Χαβάης). Πολλαπλασιάστε τις διαφορές μεταξύ των μεσημβρινών κατά 4 λεπτά/μοίρες. Αν αυτό το αντικείμενοβρίσκεται ανατολικά του μεσημβρινού της ζώνης και, στη συνέχεια, προσθέστε διορθωτικά λεπτά στην ώρα ζώνης. αν είναι προς τα δυτικά, αφαιρέστε τα.

3) προσθέστε την εξίσωση του χρόνου (Εικόνα 6.25) για αυτόν που σας ενδιαφέρει

Εικ. 6 23 Θέση του Ήλιου στον ουρανό)