V.3. Линия смены дат

В каждом месте Земли новая календарная дата наступает в пол­ночь по гражданскому времени. Из-за вращения Земли с запада к востоку новый календарный день сначала наступает в восточных районах и постепенно переходит в западные. Но Земля — шар, и по отношению к любому месту ее поверхности всегда существуют вос­точные и западные районы, поэтому международным соглашением установлена условная линия, называемая линией смены дат. Ока проходит по водным просторам, нигде не касаясь суши, либо точно по земному меридиану 180°, либо в относительной близости к нему: по Чукотскому морю, Берингову проливу, Берингову морю и далее по Тихому океану.

Новая календарная дата начинается на этой линии и постепенно распространяется к западу, в сторону суточного вращения Солнца. К западу от линии смены дат считается одна календарная дата, а к

востоку от нее — предшествующая. Таким образом, хотя Чукотка и Аляска разделены Беринговым проливом шириной всего лишь 85 км, календарные даты на них разные: полдень на обоих полуостровах наступает почти одновременно, но календарная дата на Чукотском полуострове опережает дату Аляски на одни сутки.

Каждая календарная дата существует на земле 48 часов: она вступает на Землю на Чукотском полуострове и сходит с Земли на Аляске. Если путешественник пересечет линию смены дат к востоку, он попадет в старую, предыдущую календарную дату, "во вчерашний день". Если же он пересечет эту линию к западу, то попадет в новый, "завтрашний день".

При кругосветном путешествии в направлении с запада к восто­ку, т.е. в сторону вращения Земли, мы совершим дополнительный оборот вокруг земной оси, лишний раз встретим восход Солнца и посчитаем лишние сутки, которых на Земле в действительности не было. При кругосветном путешествии в обратном направлении мы повернемся вокруг земной оси на один оборот меньше, чем Земля, и недосчитаемся одних суток.

Поэтому в морской навигации принято при пересечении линии смены дат с востока к западу (корабль попадает в новую дату) отме­чать в судовом журнале время пересечения линии дат, но даты не исправлять, а на другой день в журнал проставлять не очередную, а следующую дату, т.е. одна дата выбрасывается, и расхождение в счете дней устраняется. При пересечении линии смены дат с запада на восток календарная дата на следующий день повторяется. В авиации придерживаются тех же правил.

V.4. Длительность дня. Понятие о сумерках

Раннее утро. Светлеет восточная часть неба, предвещая восход Солнца. Вот появился его верхний край, постепенно поднялось все Солнце — яркое, слегка красноватое и вследствие рефракции чуть сплюснутое. По мере дальнейшего его подъема над горизонтом крас-новатость и сплюснутость исчезают, и Солнце становится

ослепительным диском. Поднимаясь все выше и выше над горизон­том, оно проходит в полдень через меридиан, занимая на небе самое высокое положение, затем начинает клониться к западу. Около горизонта оно опять краснеет, слегка деформируется, сжимаясь по высоте, и заходит. Описанная картина наблюдается в средних широтах.

Время нахождения Солнца над горизонтом, т.е. от восхода до захода, колеблется от нуля до полугода в зависимости от времени года и широты места на Земле.

Картина восхода и захода Солнца для всей Земли представлена на рис. V.4 и V.5.

Промежуток времени между восходом Солнца и его заходом называется долготой дня. Зачастую в обиходе под долготой дня под­разумевают продолжительность светлого времени, включая в день и гражданские сумерки, которые начинаются в момент, когда центр Солнца опустится на Т за линию горизонта. На открытой местности освещенность в гражданские сумерки достаточна для выполнения любых работ.

искривление
лучей света, вы­
званное реф­
ракцией в атмо­
сфере, как бы
приподнимает все
астрономические
объекты над
горизонтом (рис.
V.6). Солнце и Луна
кажутся сплюсну­
тыми у горизонта
также вследствие
рефракции. Из-за рефракции создается впечатление, что Солнце
появляется над горизонтом, хотя в действительности оно находится

ниже горизонта примерно на 35' (что сопоставимо с угловым диамет­ром Солнца).

В календарях время захода и продолжительность вечерних суме­рек указывают обычно по концу гражданских сумерек, который со­ответствует времени опускания Солнца за горизонт на 7°. Аналогично определяется время восхода и продолжительность ут­ренних сумерек.

Кроме гражданских сумерек, введено понятие астрономических сумерек. Вечерние астрономические сумерки оканчиваются с наступ­лением полной темноты, когда на небе появляются очень слабые звезды, а утренние начинаются с первыми признаками рассвета, когда Солнце находится на 18° ниже горизонта. Продолжительность сумерек превышает 70 мин и зависит от географической широты места наблюдения. На широтах севернее 48,5^е с.ш. и южнее 48,5 ю.ш. астрономические сумерки в летние месяцы продолжаются всю ночь.

В районе экватора Солнце садится почти перпендикулярно горизонту, и астрономические сумерки наступают каждую ночь (рис. V.7,a). Вблизи полюсов (на рис. V.7,6 — северное полушарие) в летние месяцы астрономические сумерки не наступают.

Продолжительность дня зависит от географической широты ме­ста и склонения Солнца. На земном экваторе она постоянна в течение всего года и равна 12 часам (без учета рефракции, удлиняющей день против ночи на 4 минуты). В дни равноденствий продолжительность дня всюду между полярными кругами равна 12 часам.

Наибольшая долгота дня в северном полушарии Земли бывает в день летнего солнцестояния, наименьшая — в день зимнего. В южном полушарии Земли наоборот: наибольшая продолжительность дня в день зимнего солнцестояния и наименьшая — в день летнего.

Долготу дня можно вычислить по простой формуле:

cos t=- tg д х tg сигма,

где t — часовой угол Солнца при восходе или заходе; д — его склонение;сигма— географическая широта места.

Периодическая смена света и темноты на нашей планете не ук­ладывается в привычную схему дня и ночи. В этом отношении земной шар можно разделить на 5 поясов, каждый из которых имеет свой порядок чередования света и тьмы.

I пояс — от экватора до широты ± 49°. Здесь и только здесь
каждые сутки бывают полный день и полная ночь.

II пояс — между широтой 49 и 65,5° (и -49- 65,5°) — около

времени летнего солнцестояния (для южного полушария — зимнего солнцестояния) имеет период непрерывных сумерек. Это пояс белых ночей, когда вечерние и утренние сумерки сливаются. В тех широтах, где Солнце в своем суточном движении по небесному своду неглубоко опускается ниже горизонта (не глубже 17,5°), вечерняя заря не успе­вает померкнуть, как уже загораются лучи утренней. На широте 49° бывает одна белая ночь в году — 22 июня, в день летнего солнцесто­яния. Севернее этой широты (для южного полушария — южнее) белые ночи становятся все светлее, а период их все длиннее.

III пояс — самый узкий — между 66,5° и 67,5°. Здесь Солнце около 22 июня в течение ряда суток вовсе не заходит: это пояс полу­ночного Солнца.

IV широтный пояс — между 67,5 и 83,5°. Кроме непрерывного дня в июне здесь бывает еще многосуточная ночь в декабре: Солнце в течение ряда суток не восходит, утренние и вечерние сумерки поглощают день. Это пояс черных дней.

V пояс — севернее широты 83,5°. В нем самый сложный случай
чередования света и темноты. Все полугодие от летнего до зимнего
солнцестояния (от 22 июня до 22 декабря) разделяется на 5 периодов,
на 5 "времен года". В течение первого периода стоит непрерывный
день; в течение второго дни чередуются с сумерками около полуночи,
но полных ночей не бывает; в течение третьего периода стоят непре­
рывные сумерки, — полных дней и ночей не бывает; в течение чет­
вертого периода эти сплошные сумерки сгущаются около полуночи в
полную ночь; наконец, в пятый период царит сплошная ночь. В
следующем полугодии — от 22 декабря до 22 июня — те же явления
повторяются в обратном порядке.

По другую сторону экватора, в южном полушарии, на соответст­вующих географических широтах наблюдаются те же явления. Прав­да, любоваться "белыми ночами юга" могут только мореплаватели. Суша в этих широтах отсутствует.

Напомним, что во время гражданских сумерек видны лишь са­мые яркие звезды, а во время астрономических — и самые слабые. Если условием существования "белой ночи" мы примем смыкание не астрономических вечерних и утренних сумерек, а гражданских, то такие "белые ночи" могут наблюдаться лишь на широтах выше 59,5°.

V.5. Необычные атмосферные явления

V.5.I. Зодиакальный свет и противосияние

При благоприятных атмосферных условиях перед восходом Сол­нца на востоке или после захода Солнца на западе удается увидеть

зодиакальный. свет — слабое вы­тянутое по небу ко-нусообразное свечение, которое иногда можно спу­тать с зарей. Зодиакальный свет по форме представ­ляет собой часть эллиптической поверхности с цент­ром в Солнце, кото­рая вытянута вдоль эклиптики (рис. V.8). Поэтому зодиакальный свет заметнее, когда эклиптика распо­ложена выше всего над горизонтом.

. В северном полушарии наилучшие условия наблюдения зодиакального света приходятся на весну, когда он виден в западной части неба, и на осень, когда он виден на востоке (для жителей южного полушария наоборот). На экваторе зодиакальный свет виден круглый год.

Зодиакальный свет возникает вследствие рассеяния солнечного света частицами космической пыли, в основном сосредоточенными в пространстве между орбитой Земли и Солнцем.

Частицы пыли, находящиеся "снаружи" земной орбиты, отража­ют небольшое количество света назад, в направлении Солнца и Земли, поэтому в точке эклиптики, диаметрально противоположной Солнцу, заметно слабое светящееся пятно небольших размеров, ко­торое называют противосиянием. Существует и очень слабая полоса света, как бы соединяющая области зодиакального свечения и противосияния, но увидеть ее удается.лишь в редких случаях. Самая

заметная область зодиакального света сравнима по яркости с цент­ральной частью Млечного Пути.

Зодиакальный свет можно спутать с рядом атмосферных явлений, многие из которых обусловлены свечением пыли, выбрасы­ваемой в верхние слои атмосферы при извержении вулканов. Обычно такие атмосферные свечения по форме напоминают дугу окружности с центром в Солнце и этим отличаются от специфического распреде­ления зодиакального света, суживающегося в виде конуса.

V.5.2. Полярные сияния

Полярные сияния чаще всего наблюдаются в двух неправильной формы зонах, окружающих северный и южный магнитные полюса Земли и простирающихся на широтах 60-70°. Полярные сияния иног­да называют Северной и соответственно, Южной Авророй — в честь римской богини утренней зари. Иногда полярные сияния наблю­дались даже в Москве и в Сингапуре, расположенном вблизи магнитного экватора.

Полярные сияния возникают при вторжении в верхние слои ат-мосферы заряженных частиц высокой энергии из земной магнитосферы. Сталкиваясь с различными атомами земной атмосфе­ры, они возбуждают их, вызывая свечение.

В основном полярные сияния происходят на высотах 100-115 км, но иногда они наблюдаются как гораздо ниже, до 70 км, так и выше — на высоте до 1000 км. (Для сравнения: серебристые облака наблюда­ются на высоте около 80 км, а метеоры образуются на высотах 50-150 км.)

Количество полярных сияний тесно связано с циклом солнечной активности, точнее, с солнечными пятнами, и достигает максимума спустя год-два после максимума солнечной активности. Нередко яркие полярные сияния возникают во время мощных вспышек на Солнце. Повторение некоторых полярных сияний через 26-28 дней (период обращения Солнца вокруг своей оси) указывает на их связь

с долгоживущими наиболее активными областями на поверхности Солнца.

Полярные сияния принимают самые разнообразные формы. Ча­сто наблюдению доступна лишь верхняя часть сияния, возникающая над горизонтом в направлении на полюс, и такие разрозненные "клочки" полярных сияний можно ошибочно принять за отдельные облака, а пелену и вершины "арок" сияния спутать с туманом. Однако в отличие от облаков и туманов полярные сияния не закрывают звезд.

Разнообразна цветовая гамма полярных сияний, хотя ее восприятие во многом субъективно. Наиболее часто можно видеть бледно-зеленый и красный цвета, однако кому-то оно может пока­заться бесцветным. Цвет сияния зависит от высоты, особенно у полярных сияний с вытянутой лучевой структурой.

V.5.3. Серебристые облака

Серебристые облака — это атмосферные явления, которые возникают на высоте около 80 км над поверхностью Земли и в основ­ном наблюдаются в средних широтах (45-60°) на протяжении не­скольких недель до и после летнего солнцестояния. В этот период

сумерки на указанных широтах продолжаются почти всю ночь, и Солн-це, находясь под горизонтом, все же осве­щает облака (рис. V.9). По этой причине се­ребристые облака не встречаются ближе к эк­ватору. Они имеют тон­кую структуру в виде волн, гребешков, полос или вихрей с се-пебпистыми и голубова-

тыми оттенками, а у горизонта иногда окрашиваются в золотистый цвет.

Картина серебристых облаков довольно изменчива: струи, гре­бешки и другие структуры все время перемещаются относительно друг друга в разных, порой противоположных направлениях.

Серебристые облака нетрудно отличить от обычных, так как они образуются в атмосфере на высоте в 10 раз большей, появляются ближе к полуночи и вытянуты по направлению к полюсу. Как и полярные сияния, серебристые облака настолько прозрачны, что не ослабляют света ярких звезд.

Природа серебристых облаков не вполне ясна. По-видимому, они состоят из мельчайших частиц, покрытых льдом и поэтому хорошо отражающих солнечный свет. А сами эти частицы — метеорная пыль, ионы или даже вулканическая пыль, попавшая на столь значительные высоты при сильных вулканических извержениях.

Движение серебристых облаков связывают с ветрами, господст­вующими в верхних слоях атмосферы, но высота расположения обла­ков и некоторые их особенности, возможно, определяются восходящими потоками воздуха, формирующимися над горами.

И еще одна особенность. Серебристые облака появляются в

периоды, не благоприятные для наблюдения полярных сияний.

t