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.
![Image of analemma](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-image/1920x1080.jpg)
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).
![Analemmas from NH, SH](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-3/ru/1920x1080.jpg)
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.
![How to make analemma](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-4/ru/1920x1080.jpg)
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.
![Different curve types](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-5/ru/1920x1080.jpg)
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.
![January analemmas](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-6/ru/1920x1080.jpg)
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.
![Sidereal day vs. Solar day](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-7/ru/1920x1200.jpg)
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.
![Kepler's Second Law](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-8/ru/1920x1200.jpg)
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.
![Obliquity and eccentricity](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-9/ru/1920x1200.jpg)
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.
![Analemma of different years](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-10-2/ru/1920x1200.jpg)
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!
![Analemma in the past](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-11/ru/1920x1200.jpg)
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.
![Analemmas on different planets](https://starwalk.space/gallery/images/analemma-12/ru/1920x1200.jpg)
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!