Как легко сделать аналемму — восьмерку, которую “рисует” Солнце
Чтобы получить потрясающие фотографии Солнца, которое “рисует” странные кривые в небе, астрономы тратят целый год! В этой статье мы расскажем вам, как работают эти кривые и как вы можете сделать свои собственные всего за несколько нажатий.
Содержание
- Что такое аналемма?
- Как сделать аналемму
- Что означает аналемма?
- Почему аналемма имеет форму восьмерки?
- Как аналемма выглядела в прошлом?
- Как выглядит аналемма на других планетах?
- Подводим итог
Что такое аналемма?
Аналемма — это замкнутая кривая, напоминающая вытянутую восьмерку, которую Солнце образует на небе в течение года, если фиксировать его положение в одно и то же время каждый день в определенной локации. В астрономии термин “аналемма” используется по отношению к Солнцу, но лунные “восьмерки” также принято называть аналеммами, хотя они делаются немного по-другому.
Съемка аналеммы — одно из самых трудоемких занятий в астрофотографии! Вам нужно установить камеру в одном месте и фотографировать Солнце множество раз в течение года, всегда в одно и то же время суток. Затем нужно наложить все эти снимки друг на друга и только тогда получится конечный результат. Кстати, внешний вид аналеммы зависит от множества факторов, которые мы обсудим ниже.
Аналемма из Северного и Южного полушарий
Давайте поговорим о том, как выглядит аналемма в разных точках Земли; предположим, что мы снимаем аналемму в полдень, когда Солнце находится в самой высокой точке неба.
Аналеммы, снятые в Северном полушарии, выглядят как цифра восемь с меньшей петлей сверху. Если бы мы снимали аналемму на Северном полюсе, то увидели бы над горизонтом только верхнюю половину вертикально расположенной восьмерки.
В Южном полушарии меньшая петля находится под большей. На Южном полюсе над горизонтом будет видна только верхняя половина восьмерки (большая петля).
Помните, что летом (июнь в Северном полушарии, декабрь в Южном полушарии) Солнце находится выше всего на аналемме, а зимой — ниже всего. Промежуток между этими временами года составляет остальную часть рисунка. Чтобы запечатлеть вертикально стоящую восьмерку, снимайте аналемму примерно в полдень. Чтобы запечатлеть аналемму под наклоном, выберите время до или после полудня.
Как сделать аналемму
Есть два способа сделать аналемму самостоятельно: сложный и легкий. Здесь мы рассказываем про легкий путь; все сложные шаги вы можете найти на Instructables.com. Вот, как создать аналемму для любой локации всего за минуту:
- Откройте бесплатное приложение Sky Tonight (скачайте его здесь, если у вас его еще нет);
- Найдите на карте неба Солнце и нажмите на него;
- Нажмите на значок камеры, который появится внизу;
- Вуаля, у вас есть аналемма Солнца!
- Наложите изображение аналеммы на изображение с камеры, нажав два раза на большую синюю круглую кнопку.
Вы можете настроить внешний вид аналеммы с помощью панели в нижней части. Четыре из пяти нижних иконок отвечают за отображение дат, видимость аналеммы под горизонтом, частоту узора и отображение линий. Первая иконка в ряду переключает различные типы кривых.
Как сделать кривые для Луны и других объектов
На этом самое интересное не заканчивается. Приложение Sky Tonight позволяет создавать кривые и для других небесных объектов: Луны, планет, карликовых планет (кроме Плутона), астероидов и комет!
Особенно интересны лунные “восьмерки”. Они похожи на аналемму, но для их создания вы отмечаете положение Луны с небольшой задержкой — каждые 24 часа и 51 минуту вместо обычных 24 часов. Это время, которое требуется Луне, чтобы вернуться в то же место на небе. Вся кривая охватывает продолжительность лунного месяца.
Чтобы построить кривые для других объектов, следуйте тем же шагам, что и для Солнца. Вы также можете менять настройки с помощью иконок в нижней части разворачивающейся панели.
Что означает аналемма?
Существует истинное (видимое) солнечное время, которое идет с разной скоростью в течение года из-за того, что Земля обращается вокруг Солнца. Существует также среднее солнечное время — постоянное время, которое используется в часах, и которое можно было бы наблюдать, если бы Солнце двигалось с одинаковой видимой скоростью в течение года. Разница между истинным солнечным временем и средним солнечным временем известна как уравнение времени. Аналемма, запечатленная каждый день в одно и то же среднее солнечное время, по сути является диаграммой уравнения времени.
У Земли немного вытянутая орбита, и когда она ближе к Солнцу (примерно в январе каждого года), она движется быстрее из-за сил притяжения. Кроме того, ось Земли наклонена: Северное полушарие нашей планеты наклонено к Солнцу с марта по сентябрь, а Южное полушарие — с сентября по март.
Совокупность эллиптической орбиты и наклона приводит к тому, что продолжительность каждого солнечного дня немного отличается от предыдущего. Именно поэтому истинное солнечное время меняется в течение года. Например, в ноябре истинное солнечное время может опережать среднее солнечное время на 16 минут, в феврале — на 14 минут, а в апреле и сентябре эти два времени пересекаются, продолжая бесконечный цикл.
Почему аналемма имеет форму восьмерки?
Аналемма выглядит как слегка вытянутая восьмерка из-за наклона оси Земли и эллиптической орбиты. Вот как это работает.
Форма “восьмерки” возникает в основном из-за наклона земной оси. Из-за наклона, с точки зрения Солнца, Земля словно колеблется, обращаясь вокруг Солнца. Из-за этого колебания, если смотреть с фиксированной позиции на Земле, Солнце кажется образующим восьмерку на земном небе. Без наклона земной оси аналемма имела бы овальную форму. На экваторе она выглядела бы как прямая линия, которая тянется с запада на восток.
Асимметрия аналеммы обусловлена вытянутой орбитой Земли. Если бы орбита Земли была круговой, верхняя и нижняя петли аналеммы были бы одинаковыми.
В разное время года Земля то приближается к Солнцу, то удаляется от него. Вблизи самой близкой к Солнцу точки (перигелия в январе) наша планета ускоряется, поэтому Солнце рисует на нашем небе большую петлю. Если вы посмотрите на аналеммы, снятые с разных точек, то увидите, что примерно в январе рисунок аналеммы становится менее плотным и более широким.
Земля совершает один оборот вокруг своей оси примерно за 23 часа 56 минут (это называется звездными сутками). Но еще около 4 минут требуется Солнцу, чтобы вернуться в ту же точку на небе или местный меридиан (это называется солнечными сутками). Если бы вы установили солнечные часы и запустили секундомер в полдень одного дня и остановили его в полдень следующего дня, вы бы измерили солнечные сутки.
Каждый последующий день наша планета должна повернуться немного больше вокруг своей оси, чтобы Солнце вернулось на прежнее место. За один звездный день Земля поворачивается на 360°, а чтобы завершить солнечный день, она должна повернуться еще на 1° (в общей сложности на 361°). С изменением скорости движения Земли по орбите меняется и дополнительный угол, на который Земля должна повернуться, чтобы вернуть Солнце на тот же меридиан.
Вблизи перигелия Земля ускоряется и вынуждена поворачиваться немного больше. Поэтому Солнцу требуется больше времени, чтобы перейти от одного солнечного полудня к другому. Когда наши часы показывают полдень, Солнце еще не достигло местного меридиана. Вблизи афелия все происходит наоборот, когда Земля движется по своей орбите медленнее. В это время Земле не нужно так сильно поворачиваться, чтобы вернуть Солнце на местный меридиан. К тому времени, когда наши часы показывают полдень, Солнце уже пересекло местный меридиан.
Также важно, совпадает ли перигелий Земли с солнцестоянием или равноденствием. Когда перигелий Земли совпадал с солнцестоянием, как это было 750 лет назад, аналемма была симметричной по вертикали. Сегодня Земля достигает перигелия примерно через 12 дней после зимнего солнцестояния, поэтому аналемма немного наклонена.
Как аналемма выглядела в прошлом?
Как мы уже говорили, вид аналеммы с Земли зависит помимо всего прочего от широты и времени суток. Но и в прошлом, и в будущем они выглядели по-разному. Давайте вкратце рассмотрим, что именно изменилось с течением времени.
Из-за медленной прецессии земной оси и других факторов, равноденствие и точка перигелия Земли постепенно смещаются вдоль эклиптики. Сейчас они постепенно сближаются. В 1246 году перигелий наступал в день декабрьского солнцестояния, в 6489 году он наступит в день мартовского равноденствия, в 11 732 — в день июньского солнцестояния, а в 16 974 — в день сентябрьского равноденствия. Петли аналемм различаются во все этих случаях.
В долгосрочной перспективе и эксцентриситет, и долгота перигелия претерпевают значительные изменения. Например, около 100 000 лет назад орбита Земли была гораздо более эллиптической, чем сегодня, с эксцентриситетом около 0,0473. Около 98 500 г. до н. э. перигелий совпал с сентябрьским равноденствием, что привело к небольшому наклону аналеммы. Примерно 93 000 лет до н.э. перигелий совпал с декабрьским солнцестоянием. Из-за этих совпадений, а также больше эксцентриситета земной орбиты аналемма была похожа на каплю!
Как выглядит аналемма на других планетах?
Аналеммы — фигуры, образуемые положением Солнца на небе в течение года, — выглядят по-разному на разных планетах. Каждая из них имеет свой уникальный вид.
Возьмем, к примеру, Марс. Его аналемма похожа на каплю из-за сочетания таких факторов, как высокий эксцентриситет (0,0934 по сравнению с земным 0,0167) и совпадение перигелия и афелия с равноденствиями.
Аналемма, наблюдаемая с Меркурия, выглядит очень просто. При небольшом наклоне оси (менее одного градуса) его аналемма — это просто точка. Аналеммы Венеры и Юпитера имеют эллиптическую форму. У Сатурна это капля с небольшой петлей. Нептун и Уран тоже могут похвастаться аналеммой в форме восьмерки.
Подводим итог
Может показаться, что аналемма — это просто видимый путь Солнца по небу в течение года, но в мире астрономии все гораздо сложнее. На форму аналеммы влияет множество факторов, а ее определение включает в себя сложную математику. В этой статье мы разобрали этот термин более простым языком. Кроме того, мы рассказали о быстром способе, с помощью которого каждый может создать свою собственную аналемму всего за минуту. Используйте приложение Sky Tonight — это ваш простой способ понять астрономию!
