АНАЛЕММА
Анале́мма (др.-греч. ἀνάλημμα, «основа, фундамент») — кривая, соединяющая ряд последовательных положений центральной звезды планетной системы (в нашем случае — Солнца) на небосводе одной из планет этой системы в одно и то же время суток в течение года.
Форма аналеммы на небосводе Земли имеет вид «восьмёрки» и определяется наклоном земной оси к плоскости эклиптики, эллиптичностью земной орбиты и ориентацией земной оси относительно главных осей эллипса земной орбиты. Наивысшее положение солнца на аналемме (точнее — имеющее наибольшее склонение) соответствует летнему солнцестоянию, наинизшее (с наименьшим склонением) — зимнему. Положение в перекрестии «восьмёрки» солнце занимает два раза в год, в середине апреля и в конце августа. Эти даты не совпадают с весенним и осенним равноденствием, а сдвинуты к лету (в южном полушарии к зиме), что связано с эллиптичностью земной орбиты.
Вследствие эллиптичности земной орбиты положения солнца вблизи верхнего экстремума расположены теснее, а вблизи нижнего — реже. Это связано с тем, что вблизи зимнего солнцестояния Земля движется по орбите быстрее, так как она проходит перигелий в начале января, а вблизи летнего — медленнее (афелий в начале июля). Поскольку солнцестояния опережают дни прохождений перигелия и афелия примерно на две недели, «восьмёрка» аналеммы слегка асимметрична — восточная и западная половины несколько различаются.
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.
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.
Формула Уравнения Времени (УВ) — это разница между Средним Солнечным Временем (ССВ) и Истинным Солнечным Временем (ИСВ): УВ = ССВ - ИСВ, или ССВ = ИСВ + УВ, показывающая, насколько часы опережают или отстают от положения Солнца в течение года из-за наклона Земной оси и эллиптичности орбиты. Это значение меняется в течение года, достигая максимумов около 14 минут (в феврале) и минимумов около -16 минут (в ноябре).
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.
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.
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.
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.
