क्षितिज के ऊपर सूर्य की ऊंचाई: परिवर्तन और माप। दिसंबर में सूर्योदय

सूर्य पृथ्वी पर हर चीज का स्रोत है: प्रकाश, गर्मी, जीवन। आग बनाने का तरीका सीखने से पहले केवल सूरज की रोशनी ने लोगों को गर्मी दी - मानव समुदाय द्वारा सबसे पहले सौर ऊर्जा में महारत हासिल की गई। कोई आश्चर्य नहीं कि यह समुदाय स्वयं मध्य अफ्रीका में भूमध्य रेखा के गर्म सूरज के तहत, पालीटोलॉजिस्ट के अनुसार पैदा हुआ था। जाहिर है, सूर्य की ऊर्जा अपनी स्वाभाविकता (यह मुफ्त में दी जाती है), अटूटता और पारिस्थितिक स्वच्छता के कारण भविष्य के युगों में सबसे स्वीकार्य हो जाएगी। वह अब तक क्यों छाया में रही है? क्यों, हजारों वर्षों से, मनुष्य ने जलाऊ लकड़ी, कोयला, तेल जलाकर, तेज नदियों पर सरल संरचनाएं बनाकर और हवाएं उड़ाकर, (हाल ही में) खतरनाक रेडियोधर्मी यूरेनियम निकालकर खुद को गर्म करना और खाना बनाना पसंद किया? क्योंकि एक तकनीकी रूप से अविकसित समाज के लिए, जो पृथ्वी की सतह से बंधा हुआ है, सौर ऊर्जा संयंत्र छोटे, भारी, मौसम पर निर्भर होंगे - व्यावहारिक रूप से अप्रतिस्पर्धी। केवल विज्ञान कथा लेखकों ने अपने भविष्य के अपरिहार्य टेक-ऑफ का अनुमान लगाया।

अंतरिक्ष तक पहुंच, कक्षीय स्टेशनों के निर्माण और इलेक्ट्रॉनिक्स (मुख्य रूप से अर्धचालक) के तेजी से विकास के साथ, स्थिति नाटकीय रूप से बदल गई। अब सौर ऊर्जा कोई दूर का सपना नहीं है, बल्कि एक रोजमर्रा की वास्तविकता है जो वैज्ञानिक संस्थानों और औद्योगिक संगठनों की गतिविधियों में अधिक से अधिक जगह लेती है।

सौर ऊर्जा अटूट है - हमारी तकनीकी क्षमताओं की अंतहीन वृद्धि के साथ।

पृथ्वी पर पड़ने वाले सौर विकिरण का उच्चतम प्रवाह घनत्व 0.3-2.5 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य रेंज में लगभग 1 kW/m 2 है। इस विकिरण को शॉर्टवेव कहा जाता है और इसमें दृश्य स्पेक्ट्रम शामिल होता है। आबादी वाले क्षेत्रों के लिए, स्थान, दिन के समय और मौसम के आधार पर, पृथ्वी पर पहुंचने वाली सौर ऊर्जा का प्रवाह प्रति दिन 3 से 30 MJ/m2 तक भिन्न होता है। सौर विकिरण को लगभग 6000 K के सूर्य की सतह के तापमान से निर्धारित लगभग 2 eV के अधिकतम वितरण पर फोटॉन ऊर्जा की विशेषता है। यह पारंपरिक तकनीकी स्रोतों की तुलना में बहुत अधिक तापमान के सुलभ स्रोत से ऊर्जा प्रवाह है। विकिरण 3x10 8 मीटर/सेकेंड की गति से फैलता है और लगभग 8 मिनट में पृथ्वी के वायुमंडल में पहुंच जाता है। इसकी तापीय ऊर्जा का उपयोग मानक तकनीकी उपकरणों (उदाहरण के लिए: स्टीम टर्बाइन) और फोटोकैमिकल और फोटोफिजिकल इंटरैक्शन के आधार पर विकसित विधियों का उपयोग करके किया जा सकता है। वायुमंडल को पृथ्वी की सतह से जोड़ने वाले विकिरण ऊर्जा प्रवाह भी 1 kW/m 2 के क्रम के होते हैं, लेकिन वे एक और वर्णक्रमीय श्रेणी को कवर करते हैं - 5 से 25 µm तक, जिसे दीर्घ-तरंग दैर्ध्य कहा जाता है, जिसकी अधिकतम 10 µm होती है। स्पेक्ट्रम के अनुसार, लघु और लंबी-तरंग दैर्ध्य विकिरण एक दूसरे से काफी दूर स्थित होते हैं और इन्हें आसानी से पहचाना जा सकता है।

1 सूर्य का आपतन कोण और आंचल कोण

सूर्य सौरमंडल का तारा है, जो पृथ्वी ग्रह के लिए भारी मात्रा में गर्मी और अंधा प्रकाश का स्रोत है। इस तथ्य के बावजूद कि सूर्य हमसे काफी दूरी पर है और इसके विकिरण का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही हम तक पहुंचता है, यह पृथ्वी पर जीवन के विकास के लिए काफी है। हमारा ग्रह सूर्य के चारों ओर एक कक्षा में चक्कर लगाता है। यदि वर्ष के दौरान किसी अंतरिक्ष यान से पृथ्वी का अवलोकन किया जाए, तो यह देखा जा सकता है कि सूर्य हमेशा पृथ्वी के केवल एक आधे हिस्से को प्रकाशित करता है, इसलिए, वहाँ दिन होगा, और उस समय विपरीत आधे भाग में रात होगी। पृथ्वी की सतह को केवल दिन में ही ऊष्मा प्राप्त होती है।

हमारी पृथ्वी असमान रूप से गर्म हो रही है। पृथ्वी के असमान ताप को इसकी गोलाकार आकृति द्वारा समझाया गया है, इसलिए विभिन्न क्षेत्रों में सूर्य की किरण के आपतन कोण अलग-अलग होते हैं, जिसका अर्थ है कि पृथ्वी के विभिन्न भागों में अलग-अलग मात्रा में ऊष्मा प्राप्त होती है। भूमध्य रेखा पर, सूर्य की किरणें लंबवत पड़ती हैं, और वे पृथ्वी को अत्यधिक गर्म करती हैं। भूमध्य रेखा से दूर, बीम की घटना का कोण छोटा हो जाता है, और परिणामस्वरूप, इन क्षेत्रों में कम गर्मी प्राप्त होती है। सौर विकिरण का एक ही शक्ति पुंज भूमध्य रेखा के पास बहुत छोटे क्षेत्र को गर्म करता है, क्योंकि यह लंबवत रूप से गिरता है। इसके अलावा, किरणें भूमध्य रेखा की तुलना में छोटे कोण पर गिरती हैं, वायुमंडल में प्रवेश करती हैं, इसमें एक लंबा रास्ता तय करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप सूर्य की किरणों का एक हिस्सा क्षोभमंडल में बिखर जाता है और पृथ्वी की सतह तक नहीं पहुंचता है। यह सब इंगित करता है कि जैसे-जैसे आप भूमध्य रेखा से उत्तर या दक्षिण की ओर बढ़ते हैं, हवा का तापमान कम होता जाता है, क्योंकि सूर्य की किरण का आपतन कोण कम होता जाता है।

पृथ्वी की सतह के ताप की डिग्री इस तथ्य से भी प्रभावित होती है कि पृथ्वी की धुरी कक्षा के तल की ओर झुकी हुई है, जिसके साथ पृथ्वी सूर्य के चारों ओर 66.5 ° के कोण पर एक पूर्ण क्रांति करती है और हमेशा किसके द्वारा निर्देशित होती है ध्रुवीय तारे की ओर उत्तरी छोर।

कल्पना कीजिए कि पृथ्वी, सूर्य के चारों ओर घूम रही है, पृथ्वी की धुरी घूर्णन की कक्षा के तल के लंबवत है। तब अलग-अलग अक्षांशों की सतह पर साल भर गर्मी की एक स्थिर मात्रा प्राप्त होगी, सूर्य की किरण का आपतन कोण हर समय स्थिर रहेगा, दिन हमेशा रात के बराबर होगा, मौसम में कोई बदलाव नहीं होगा। भूमध्य रेखा पर, ये स्थितियाँ वर्तमान से बहुत कम भिन्न होंगी। पृथ्वी की धुरी के झुकाव का पृथ्वी की सतह के ताप पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, और इसलिए संपूर्ण जलवायु पर, ठीक समशीतोष्ण अक्षांशों में।

वर्ष के दौरान, अर्थात्, सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की पूर्ण क्रांति के दौरान, चार दिन विशेष रूप से उल्लेखनीय हैं: 21 मार्च, 23 सितंबर, 22 जून, 22 दिसंबर।

उष्ण कटिबंध और ध्रुवीय वृत्त पृथ्वी की सतह को बेल्टों में विभाजित करते हैं जो सौर रोशनी और सूर्य से प्राप्त गर्मी की मात्रा में भिन्न होते हैं। 5 रोशनी क्षेत्र हैं: उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवीय क्षेत्र, जो थोड़ा प्रकाश और गर्मी प्राप्त करते हैं, एक गर्म जलवायु के साथ उष्णकटिबंधीय क्षेत्र, और उत्तरी और दक्षिणी समशीतोष्ण क्षेत्र, जो ध्रुवीय लोगों की तुलना में अधिक प्रकाश और गर्मी प्राप्त करते हैं, लेकिन इससे कम उष्णकटिबंधीय वाले।

चित्र 1.1 - सूर्य के सापेक्ष पृथ्वी की स्थिति

इसलिए, निष्कर्ष में, हम एक सामान्य निष्कर्ष निकाल सकते हैं: पृथ्वी की सतह का असमान ताप और रोशनी हमारी पृथ्वी की गोलाकारता और पृथ्वी की धुरी के झुकाव के साथ 66.5 ° तक सूर्य के चारों ओर घूमने की कक्षा से जुड़ी हुई है।

किरण का आपतन कोण आपतित किरण और किरण के गुत्थी बिंदु पर परावर्तक सतह के लंबवत के बीच का कोण है। एक ही भौगोलिक बिंदु पर दिन के अलग-अलग समय पर सूर्य की किरणें अलग-अलग कोणों से पृथ्वी पर पड़ती हैं।

चित्र 1.2 - सूर्य की एक किरण का आपतित होना और उसका परावर्तन

सूर्य के प्रकाश और ऊष्मा की मात्रा जो पृथ्वी की सतह में प्रवेश करती है, किरणों के आपतन कोण के समानुपाती होती है। सूर्य की किरणें 0 से 90 डिग्री के कोण पर पृथ्वी पर गिर सकती हैं। जिस कोण पर किरणें पृथ्वी से टकराती हैं वह अलग है, क्योंकि हमारे ग्रह का आकार एक गेंद के आकार का है। यह जितना बड़ा होता है, उतना ही हल्का और गर्म होता है।

इस प्रकार, यदि बीम 0 डिग्री के कोण पर आता है, तो यह केवल पृथ्वी की सतह पर बिना गर्म किए ही स्लाइड करता है। घटना का यह कोण आर्कटिक सर्कल से परे उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों पर होता है। समकोण पर, सूर्य की किरणें भूमध्य रेखा पर और दक्षिणी और उत्तरी उष्णकटिबंधीय के बीच की सतह पर पड़ती हैं। इस सूचक को सूर्य के प्रकाश की घटना का अधिकतम कोण माना जाता है। जैसा कि आप जानते हैं कि सातवीं कक्षा के दौरान 21 मार्च और 23 सितंबर को सूर्य भूमध्य रेखा के ऊपर अपने चरम पर होता है, यहां किरणें अधिकतम कोण पर पड़ती हैं। यहाँ से उत्तर और दक्षिण की ओर सूर्य की किरणों का आपतन कोण कम हो जाता है। परिणामस्वरूप, दोनों गोलार्द्धों में स्थित एक विशेष बिंदु पर किरणों के आपतन कोण की गणना करने के लिए, हम निम्नलिखित व्यंजक लिख सकते हैं:

ω=90°-φ (1)

जहाँ, सूर्य की किरणों का आपतन कोण है;

भौगोलिक अक्षांश है जहां बिंदु स्थित है।

यदि सूर्य की किरणों का कोण जमीन पर सीधा है, तो यह इंगित करता है कि सूर्य अपने चरम पर है।

जेनिथ - सूर्य की किरणों का आपतन कोण, 90 ° के बराबर।

इस प्रकार, पृथ्वी की सतह पर किरणों का आपतन कोण और क्षितिज के ऊपर सूर्य की ऊंचाई एक दूसरे के बराबर होती है। वे भौगोलिक अक्षांश पर निर्भर करते हैं। शून्य अक्षांश के करीब, किरणों का आपतन कोण 90 डिग्री के जितना करीब होता है, सूरज क्षितिज के ऊपर उतना ही ऊँचा, गर्म और चमकीला होता है।

सूर्य के चारों ओर पृथ्वी के घूमने और अपनी धुरी पर पृथ्वी के घूमने के आधार पर सूर्य का आंचल कोण बदलता है।

वर्ष के दौरान, पृथ्वी सूर्य के चारों ओर एक अण्डाकार कक्षा का वर्णन करती है। पृथ्वी पर एक पर्यवेक्षक के लिए, इसके विपरीत, ऐसा लगता है कि सूर्य पूरे आकाश में घूमता है और वर्ष के दौरान एक पथ का वर्णन करता है जिसे एक्लिप्टिक कहा जाता है। अण्डाकार का तल पृथ्वी के भूमध्य रेखा के तल के साथ 23 O 27 '(लगभग साढ़े 23) का कोण बनाता है।

चित्र 1.3 - भूमध्य रेखा के समतल के साथ सूर्य के प्रतिच्छेदन और प्रतिच्छेदन के साथ पृथ्वी की गति

अण्डाकार के साथ चलते हुए, सूर्य 21 मार्च (वर्नल विषुव का दिन) और 24 सितंबर (शरद ऋतु विषुव का दिन) को भूमध्य रेखा के समतल को पार करता है और विमान के ऊपर 23 और डेढ़ डिग्री की अधिकतम ऊंचाई तक पहुंचता है। भूमध्य रेखा - 22 जून को ग्रीष्म संक्रांति (उत्तरी गोलार्ध में एक पर्यवेक्षक के लिए) और 22 दिसंबर की न्यूनतम ऊंचाई (शीतकालीन संक्रांति)।

इस प्रक्रिया में, पृथ्वी के भूमध्य रेखा के सापेक्ष सूर्य का झुकाव बदल जाता है।

इसके अलावा, पृथ्वी अभी भी अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है, जिसके परिणामस्वरूप आंचल कोण भी घंटे के कोण पर निर्भर करता है।

इस प्रकार, सूर्य की गिरावट में परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए, पर्यवेक्षक के अक्षांश और वास्तविक दोपहर के सापेक्ष समय, गोलाकार ज्यामिति को ध्यान में रखते हुए, आंचल कोण, सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(2)

कहाँ, - अक्षांश;

पृथ्वी की कक्षा की गिरावट;

टी - वर्तमान समय;

टी पी - सही दोपहर का समय (सेकंड में), हर में दिन की अवधि (सेकंड में भी)।

आकाश में सूर्य की स्थिति लगातार बदल रही है। गर्मियों में सूर्य सर्दियों की तुलना में आकाश में अधिक होता है; सर्दियों में यह पूर्व दिशा के दक्षिण में उगता है, और गर्मियों में - इस दिशा के उत्तर में। ग्राफिक रूप से, इसे वर्ष के दौरान आकाश में सूर्य के पथ के एक स्केच द्वारा दर्शाया जा सकता है; मंडलियों में संख्याएं दिन के समय को दर्शाती हैं। सबसे प्रभावी छायांकन स्थिति प्रदान करने के लिए, सूर्य की स्थिति निर्धारित करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, एक छायांकन उपकरण का आकार निर्धारित करने के लिए जो 10:00 और 14:00 के बीच सीधे सूर्य के प्रकाश को खिड़की में प्रवेश करने से रोकता है, आपको सूर्य के प्रकाश के प्रवेश के कोण (घटना के कोण) को जानना होगा। इस तरह की जानकारी की आवश्यकता वाली एक अन्य स्थिति का वर्णन सौर विकिरण अनुभाग में किया गया है।

आकाश में सूर्य की स्थिति दो कोणीय मापों से निर्धारित होती है: सूर्य की ऊंचाई और दिगंश। सूर्य की ऊंचाई क्षैतिज से मापी जाती है; सौर अज़ीमुथ |3 को दक्षिण की ओर एक दिशा से मापा जाता है (चित्र 6.23)। इन कोणों की गणना या पूर्व-संकलित तालिकाओं या नॉमोग्राम से ली जा सकती है।

गणना तीन चरों पर निर्भर करती है: अक्षांश एल, गिरावट 6 और घंटे कोण जेड। अक्षांश किसी भी अच्छे मानचित्र से पाया जा सकता है। सूर्य भूमध्य रेखा के उत्तर या दक्षिण में कितनी दूर चला गया है, इसकी गिरावट या माप हर महीने अलग-अलग होता है (चित्र 6.24)। घंटे का कोण स्थानीय सौर समय पर निर्भर करता है: R = 0.25 (स्थानीय सौर दोपहर से मिनटों की संख्या)। सौर समय (एक धूपघड़ी द्वारा सीधे दिखाया गया समय) सौर दोपहर से मापा जाता है, जब सूर्य आकाश में अपने उच्चतम बिंदु पर होता है। वर्ष के अलग-अलग समय में पृथ्वी की कक्षा की गति में परिवर्तन के कारण, दिन का देशांतर (दोपहर से अगले सौर दोपहर तक मापा जाता है) औसत सौर समय के अनुसार दिन के देशांतर से कुछ भिन्न होता है (पारंपरिक द्वारा मापा जाता है) घड़ियाँ)। स्थानीय सौर समय की गणना करते समय, इस अंतर को देशांतर के सुधार के साथ ध्यान में रखा जाता है, यदि पर्यवेक्षक अपने समय क्षेत्र के मानक समय मध्याह्न रेखा पर नहीं है।

स्थानीय सौर समय के अनुसार स्थानीय मानक समय (एक सटीक घड़ी का उपयोग करें) को ठीक करने के लिए, आपको कई ऑपरेशन करने होंगे:

1) यदि प्रसूति समय प्रभावी है, तो 1 घंटा घटाएं;

2) इस बिंदु का मध्याह्न रेखा ज्ञात कीजिए। इस स्थान के लिए मानक समय मेरिडियन निर्धारित करें (पूर्वी मानक समय के लिए 75 डिग्री, केंद्रीय मानक समय के लिए 90 डिग्री, अलास्का-हवाई मानक समय के लिए 150 डिग्री)। मेरिडियन के बीच के अंतर को 4 मिनट/डिग्री से गुणा करें। यदि यह बिंदु ज़ोन मेरिडियन के पूर्व में स्थित है, तो मानक समय में सुधार मिनट जोड़ें; यदि वह पश्चिम की ओर है, तो उन्हें घटाना;

3) के लिए समय का समीकरण (चित्र 6.25) जोड़ें

चित्र 6 23 आकाश में सूर्य की स्थिति)