ทำไมเวลาพลบค่ำถึงฤดูร้อนมากกว่าฤดูหนาวและสั้นที่สุดในช่วงเวลาที่กลางวันเท่ากับกลางคืน

ฉันเพิ่งตัดสินใจตั้งนาฬิกาปลุกให้ปลุกฉันเมื่อมัน "มืด" ออก ในท้ายที่สุดฉันตัดสินใจที่จะตั้งนาฬิกาของฉันให้เร็วที่สุดเท่าที่พระอาทิตย์ขึ้นทางทะเลจะอยู่ในรัฐของฉัน (รัฐอิลลินอยส์) และอยู่กับมันตลอดทั้งปี

ในขณะที่ทำการค้นคว้าเรื่องนี้ฉันสังเกตเห็นบางสิ่งที่ทำให้ฉันประหลาดใจ ตรวจสอบความแตกต่างระหว่างดวงอาทิตย์ขึ้นสู่ดวงอาทิตย์กลางเมืองเพื่อดูอายันและอีควิน็อกซ์ (สองรายการหลังปรับสำหรับการปรับเวลาตามฤดูกาล):

วันที่ / ดาราศาสตร์ / โยธา / ความแตกต่าง

• 20 ธันวาคม: 0533 - 0640 (67 นาที)
• 20 มีนาคม: 0526 - 0630 (64 นาที)
• 20 มิ.ย. : 0320 - 0451 (91 นาที)

ตามจริงแล้วชุดของช่วงเหล่านี้ทำให้ฉันประหลาดใจด้วยเหตุผลหลายประการ เห็นได้ชัดว่าฉันไม่รู้ว่าฉันไม่รู้อะไร แต่นี่เป็นคำถามที่ฉันสามารถกำหนดได้:

1. ทำไมเวลาพลบค่ำถึงนานกว่าฤดูร้อน? ก่อนที่จะเห็นข้อมูลนี้ฉันคิดว่าเนื่องจากดวงอาทิตย์ทำให้เส้นทางตั้งฉากผ่านเส้นขอบฟ้าในฤดูร้อนที่สนธยาจะสั้นกว่าในฤดูร้อนมากกว่าในฤดูหนาว ในช่วงฤดูหนาวดวงอาทิตย์จะใช้เส้นทาง "เอียง" ข้ามเส้นขอบฟ้า เส้นทางของฤดูร้อนจะไม่ตรงมากขึ้นและเร็วขึ้นใช่ไหม
2. ตกลง: การเห็นหลักฐานเชิงประจักษ์นี้ฉันสรุปได้ว่ามีบางอย่างผิดปกติกับหลักฐานที่เป็นคำถามแรกของฉัน ฤดูร้อนพลบค่ำฤดูร้อนจะยาวนานกว่าฤดูหนาว อย่างไรก็ตามฉันยังคงสันนิษฐานว่า 20 มีนาคมจะมีความยาวพลบค่ำอยู่ระหว่างสองอายัน แต่มันไม่ใช่! ทำไมอีควิน็อกซ์ถึงมีพลบค่ำสั้นที่สุด?

ผนวก 5/13/2014:

ฉันไม่ต้องการที่จะออกจากคำสั่งที่ไม่ถูกต้องเดิมของฉันที่นี่โดยไม่ต้องทำเครื่องหมาย เมื่อชีคฮูชี้ให้เห็นด้านล่างดวงอาทิตย์ไม่ได้เดินทางตามแนวตั้งฉากในฤดูร้อนมากกว่าฤดูหนาวอย่างที่ฉันคิดไว้อย่างผิด ๆ และกล่าวไว้ข้างต้น ดูโพสต์ของเขาสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

ดูแผนภาพนี้

ทีนี้ความเอียงจะเหมือนกันในเดือนมิถุนายนและเดือนธันวาคมอายันใช่ไหม? สิ่งแรกมันเป็นความคิดที่ผิดที่ซันเดินทาง "ตั้งฉาก" มากขึ้นไปยังขอบฟ้าในฤดูร้อน มันถึงจุดที่สูงขึ้นอย่างที่คุณเห็นไม่ใช่ความเอียงนั้นมากกว่า

ความไม่ลงรอยกันมาจากไหน?

Civil Sunrise เริ่มต้นเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า 6 °และ Nautical Sunrise จะเริ่มต้นเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า 12 °และ 18 °สำหรับดวงอาทิตย์ขึ้น

ดังนั้นความแตกต่างทางแพ่ง / ดาราศาสตร์นั้นเกิดจากระดับความสูง 12 องศาที่ดวงอาทิตย์ต้องครอบคลุม ตอนนี้ไดอะแกรมที่ฉันโพสต์ดีกว่าที่จะอธิบายพระอาทิตย์ตกดังนั้นให้เป็นอย่างนั้น มันเหมือนกันสำหรับจุดประสงค์ของเรา

การเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์เป็นไปตามวงกลมที่คุณเห็น แต่มุมเหล่านี้ที่ตัดสินพระอาทิตย์ขึ้นของเรานั้นถูกวัดในแนวตั้งฉากกับขอบฟ้าจากจุดสูงสุด คุณรู้หรือไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณฉายวงกลมเป็นเส้นตรง?

ถูกตัอง. คุณได้เส้นโค้งไซน์ สิ่งพิเศษเกี่ยวกับเส้นโค้งนี้คือมันเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในบางจุดและเคลื่อนที่ช้า การขนส่งเป็นตำแหน่งที่ดวงอาทิตย์ขึ้นสูงสุดในท้องฟ้า ในเส้นโค้งของ Equinox (ดังในรูปที่ 1) ถ้าคุณกำหนด 0 °ถึงจุดนั้นดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ 90 °ที่พระอาทิตย์ตกและ -90 °ที่พระอาทิตย์ขึ้น ตำแหน่งทั้งสองให้จุดสูงสุดของเส้นโค้งไซน์และการเปลี่ยนแปลงจะต่ำที่สุด ณ จุดนั้น นั่นอาจอธิบายได้ว่าทำไมคุณถึงแตกต่างน้อยที่สุดที่ Equinox

ทีนี้ถ้าคุณพิจารณาเส้นโค้งสำหรับเดือนมิถุนายน / ธันวาคมอายัน (ดังในรูปที่ 1) ตำแหน่งของพระอาทิตย์ตก / พระอาทิตย์ขึ้นจะลดลงเล็กน้อย 90 °ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงจึงเร็วกว่าเมื่อเทียบกับ Equinox

นั่นควรอธิบายว่าทำไมความเหลื่อมล้ำนั้นใหญ่กว่าที่ครีษมายันเมื่อเทียบกับ Equinox แต่อะไรคือความแตกต่างในเดือนมิถุนายนและ Solmeice

ตอนนี้ที่รักคุณกำลังเข้าสู่ดินแดนอันตราย ผมขอเตือนคุณว่าเส้น / ระนาบที่เราทำการวัดองศานั้นตั้งฉากกับขอบฟ้า แต่ระนาบของการเคลื่อนที่แบบวงกลมยังคงเป็นมุมเอียง ดังนั้นเส้นโค้งไซน์ต้องผ่านการฉายอีกชุดหนึ่งก่อนที่คุณจะได้สิ่งที่แน่นอน บนเส้นศูนย์สูตรความไม่ลงรอยกันระหว่างกลุ่มอายันหายไปใช่เป็นสองระนาบดังกล่าว

อย่างไรก็ตามฉันหวังว่าจะให้คำอธิบายเชิงคุณภาพแก่คุณเพื่อที่คุณจะได้รับส่วนสำคัญของมัน นี่คือสมการถ้าคุณต้องการความคิดทางคณิตศาสตร์

$a$

$\delta$

$\phi$

$H$$a$

นี่คือกราฟที่แสดงความไม่ลงรอยกันพร้อมการปฏิเสธ (-23.5 °ถึง + 23.5 °)

นี่ไม่ใช่คำตอบจริงๆ แต่เป็นภาพข้อมูลเพิ่มเติม (คลิกเพื่อดูขนาดเต็ม 1024x768) โดยยึดตามสูตรจากNeed Simple equation สำหรับ Rise, Transit และ Set time - หวังว่ามันจะช่วยได้

ฉันมีเพื่อนที่เป็นศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ ฉันชี้ให้เขาเห็นโพสต์นี้และเขาแบ่งปันคำตอบฉันจะโพสต์ในนามของเขาในกรณีที่เป็นประโยชน์กับผู้อื่น ความคิดเห็นของเขาที่นี่อ้างอิงถึงแผนภาพแรกที่โพสต์โดย Cheeku

วิธีที่ง่ายกว่าในการดูสิ่งนี้คือการดูวงกลมที่ดวงอาทิตย์สร้างมุมเอียงที่แตกต่างกัน (มุมเหนือหรือใต้ของเส้นศูนย์สูตร) วงกลมที่ใหญ่ที่สุดคือเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ในเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าซึ่งสอดคล้องกับ Equinoxes เนื่องจากดวงอาทิตย์ต้องการครบวงกลมใน 24 ชั่วโมงโดยไม่คำนึงว่าวงกลมนั้นใหญ่แค่ไหนการเคลื่อนไหวรายวันของดวงอาทิตย์จะเร็วที่สุดใกล้กับอีควิน็อกซ์ดังนั้นเวลาพลบค่ำจึงสั้นที่สุด เมื่อเปรียบเทียบทั้งสอง solstices ความแตกต่างที่สำคัญคือในฤดูร้อนดวงอาทิตย์ไม่ได้อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้าก่อนที่มันจะหันหลังกลับและเริ่มขึ้น การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งในเวลากลางคืนจึงช้ามาก นั่นทำให้ทไวไลท์ยาวที่สุดในฤดูร้อน