Kako se izračuna čas sončnega vzhoda in zahoda

Čas sončnega vzhoda je videti kot preprost podatek, a za vsako minuto stojita natančna opredelitev in nekaj fizike. Tu je razloženo, kako se časi na Heliotempu izračunajo in zakaj se resnični sončni vzhod, ki ga vidite, lahko razlikuje od izračunanega.

Kaj šteje za sončni vzhod

Po dogovoru je sončni vzhod trenutek, ko se na obzorju pokaže zgornji rob sončne ploskve, sončni zahod pa trenutek, ko zgornji rob izgine. Obzorje je privzeto ravno in na morski gladini, kot na morju.

Zaradi dveh stvari se to zgodi, ko je središče sonca še pod geometrijskim obzorjem:

1. Velikost sonca. Sončna ploskev je široka približno pol stopinje, zato je njen zgornji rob približno 0,27° (16 kotnih minut) nad središčem.
2. Lom svetlobe v ozračju (refrakcija). Zrak svetlobo ob vstopu v gostejše plasti ukloni navzdol, podobno kot šibka leča. Blizu obzorja to sliko sonca dvigne za približno 0,57° (34 kotnih minut). Sonce vidite, čeprav je geometrijsko še pod obzorjem.

Skupaj to znese 0,833°: sončni vzhod in zahod nastopita, ko je središče sonca 0,833° pod geometrijskim obzorjem. To je standardna vrednost, ki jo uporabljajo Pomorski observatorij ZDA (US Naval Observatory), številni nacionalni almanahi in tako rekoč vsi kalkulatorji sončnega vzhoda.

Astronomija

Da kalkulator najde trenutek, ko središče sonca doseže −0,833°, mora poznati položaj sonca v vsakem trenutku. Za to mora modelirati:

• Zemljino tirnico okoli sonca (elipso, ki jo Luna in planeti rahlo motijo),
• nagib Zemljine osi in njeno počasno opletanje (precesijo in nutacijo),
• vrtenje Zemlje, vključno z drobnimi nepravilnostmi, zaradi katerih se atomski čas in čas po Zemljinem vrtenju razhajata (Delta T).

Heliotempo uporablja Astronomy Engine, odprtokodno knjižnico, ki položaje sonca in planetov izračuna z natančnostjo približno ene kotne minute, preverjeno s programjem NOVAS Pomorskega observatorija ZDA in sistemom Horizons laboratorija NASA JPL. Kotna minuta v položaju sonca na srednjih zemljepisnih širinah ustreza največ nekaj sekundam pri času sončnega vzhoda. Stran nato poišče natančne trenutke, ko sonce preide zahtevane višine: −0,833° za sončni vzhod in zahod, −6°, −12° in −18° za tri vrste somraka ter +6° in −4° za zlato uro.

Rezultate preverjamo z neodvisno izvedbo sončnih enačb NOAA in z objavljenimi časi iz almanahov; za vse preizkušene kraje in datume se ujemajo na minuto natančno. Podrobnosti so na strani o metodologiji.

Zakaj se resnični sončni vzhod lahko razlikuje

Izračunani čas je za svojo opredelitev natančen. Sončni vzhod, ki ga dejansko vidite, pa je odvisen od okolice:

• Gore in stavbe. Če je vzhodno obzorje greben, visok 3°, se sonce na srednjih zemljepisnih širinah pokaže približno 15 do 25 minut pozneje od izračunanega sončnega vzhoda, odvisno od letnega časa. V globokih alpskih dolinah je razlika lahko ura ali več.
• Nadmorska višina. Z vrha gore ali visoke stavbe gledate na obzorje navzdol, zato se sonce pokaže prej in zaide pozneje. S 100 m nad ravnim terenom ali morjem je pridobitek na srednjih zemljepisnih širinah približno ena do dve minuti, s 1.000 m pa približno pet minut ali več.
• Nenavaden lom svetlobe. 34 kotnih minut loma je povprečje. Zelo mrzel zrak nad toplo vodo ali močna temperaturna inverzija ga lahko opazno spremenita, zlasti na visokih zemljepisnih širinah, kjer se sonce vzdolž obzorja giblje počasi. Sončni vzhod in zahod se lahko takrat premakneta za minuto ali več.
• Zemljepisna širina. V bližini tečajev sonce vzhaja in zahaja pod zelo položnim kotom, zato drobne spremembe loma ali višine obzorja čas premaknejo za veliko minut. Nekateri dnevi so prav na meji med polnočnim soncem in kratkim sončnim zahodom.

Zakaj so časi zaokroženi

Časi so prikazani na minuto natančno. Prikaz sekund bi nakazoval natančnost, ki je ozračje ne dopušča. Naše tabele zaokrožujejo na najbližjo minuto, zato čas 06:49 pomeni, da je izračunani trenutek med 06:48:30 in 06:49:29.