Долгота дня в астрономии и географии¶

Долгота дня — промежуток времени между восходом и заходом Солнца, в течение которого светило находится над горизонтом. Является одной из базовых астрономических и географических характеристик, зависит от географической широты места, склонения Солнца и времени года. Долготу дня не следует путать со световым днём, который дополнительно включает периоды гражданских, навигационных и астрономических сумерек.

¶Физическая природа явления

Продолжительность нахождения Солнца над горизонтом определяется суточным вращением Земли вокруг своей оси и годичным движением планеты по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты примерно на 23,44°, что и служит причиной сезонного изменения долготы дня.

В дни равноденствий — весеннего (около 20–21 марта) и осеннего (около 22–23 сентября) — продолжительность дня и ночи примерно равны и составляют около 12 часов на всех широтах. В дни солнцестояний наблюдаются экстремумы: летом (около 21 июня в Северном полушарии) день наиболее длинный, зимой (около 21–22 декабря) — наиболее короткий.

На экваторе долгота дня почти постоянна в течение года и близка к 12 часам. По мере движения к полюсам амплитуда сезонных колебаний возрастает.

¶Влияние широты и полярные явления

За полярными кругами (66,5° северной и южной широты) наблюдаются полярный день и полярная ночь — периоды, когда Солнце соответственно не заходит или не восходит в течение суток и более. Длительность таких периодов растёт по направлению к полюсам: на Северном полюсе полярный день продолжается около полугода.

Приведённые значения приблизительны: точная долгота дня зависит также от рефракции атмосферы, которая приподнимает видимое положение Солнца у горизонта, и от определения момента восхода (по верхнему или нижнему краю диска).

¶Методы расчёта

Долгота дня вычисляется по формуле сферической астрономии, связывающей часовой угол восхода Солнца с широтой места и склонением светила:

cos ω₀ = −tg φ · tg δ,

где φ — широта наблюдателя, δ — склонение Солнца, ω₀ — часовой угол. Удвоенное значение часового угла, переведённое в часы, даёт продолжительность дня. Склонение Солнца меняется в пределах ±23,44° в течение года.

Современные расчёты выполняются с помощью эфемеридных алгоритмов, учитывающих эллиптичность орбиты Земли, рефракцию и угловой размер солнечного диска. Данные о долготе дня публикуются в астрономических ежегодниках и календарях.

¶Сезонная динамика

Изменение долготы дня в течение года неравномерно. Наибольшая скорость изменений приходится на периоды вблизи равноденствий, наименьшая — вблизи солнцестояний. В средних широтах Северного полушария после зимнего солнцестояния день начинает прибывать, и к весеннему равноденствию его продолжительность достигает примерно 12 часов.

Асимметрия связана с эллиптичностью земной орбиты: Земля проходит перигелий в начале января, а афелий — в начале июля, что вносит дополнительный вклад в неравномерность.

¶Практическое значение

Продолжительность светлого времени суток учитывается в самых разных сферах:

• Сельское хозяйство — планирование посевных и уборочных работ, продолжительность светового дня влияет на фотопериодизм растений.
• Энергетика — прогнозирование нагрузки на освещение и выработки солнечных электростанций.
• Транспорт — составление расписаний, режим работы аэропортов и портов.
• Строительство и градостроительство — нормирование инсоляции жилых помещений.
• Медицина и биология — изучение циркадных ритмов человека и животных.
• Полярные экспедиции и северные территории — планирование работ в условиях полярного дня и ночи.

¶Культурные и исторические аспекты

Наблюдения за продолжительностью дня лежат в основе древних календарей. Многие народы привязывали к солнцестояниям и равноденствиям земледельческие праздники. В России, расположенной преимущественно в высоких и средних широтах, сезонные различия долготы дня выражены заметно: в Санкт-Петербурге в июне наблюдаются «белые ночи», когда сумерки практически не сменяются темнотой.

В северных регионах России — Мурманской области, Ямало-Ненецком и Чукотском автономных округах, Республике Коми, Якутии — полярный день и полярная ночь являются привычным элементом природных условий и учитываются при организации труда и быта населения.

¶Измерение и наблюдение

Простейший способ определения долготы дня — фиксация моментов появления и исчезновения верхнего края солнечного диска над горизонтом. Точные измерения выполняются с помощью гелиостатов, астрономических инструментов и специализированных программ. Разница между видимой и геометрической долготой дня может достигать нескольких минут из-за атмосферной рефракции.

Источники: астрономические ежегодники, учебные курсы общей астрономии, справочники по географии и картографии, материалы гидрометеорологических служб.