Warum ist die Dämmerung im Sommer länger als im Winter und zur Tagundnachtgleiche am kürzesten?

Siehe dieses Diagramm,

Nun, die Neigung scheint für die Sonnenwenden im Juni und Dezember gleich zu sein, nicht wahr? Erstens ist es eine falsche Vorstellung, dass die Sonne im Sommer "senkrechter" zum Horizont wandert. Es erreicht nur einen höheren Punkt, wie Sie sehen können, nicht dass die Neigung größer ist.

Wo kommt die Ungleichheit ins Spiel?

Der zivile Sonnenaufgang beginnt, wenn die Sonne 6° unter dem Horizont steht, der nautische Sonnenaufgang beginnt, wenn sie 12° unter dem Horizont steht, und 18° für den astronomischen Sonnenaufgang.

Die zivile/astronomische Disparität ist also auf die zusätzlichen 12° Höhe zurückzuführen, die die Sonne zurücklegen muss. Nun, das Diagramm, das ich gepostet habe, ist besser, um den Sonnenuntergang zu erklären, also lass es so sein. Genauso ist es für unseren Zweck.

Die Bewegung der Sonne ist gleichmäßig entlang der Kreise, die Sie sehen. Aber diese Winkel, die unseren Sonnenaufgang bestimmen, werden vom Zenit aus senkrecht zum Horizont gemessen. Wissen Sie, was passiert, wenn Sie eine kreisförmige Bewegung entlang einer geraden Linie projizieren?

Stimmt. Sie erhalten eine sinusförmige Kurve. Das Besondere an dieser Kurve ist, dass sie sich an einigen Stellen schnell und an anderen langsam ändert. Transit ist die Position, an der die Sonne am höchsten am Himmel steht. Wenn Sie in der Kurve für Tagundnachtgleiche (wie in Abb. 1) diesem Punkt 0° zuweisen, steht die Sonne bei Sonnenuntergang bei 90° und bei Sonnenaufgang bei -90°. Beide Positionen geben Ihnen die Spitze einer Sinuskurve und die Änderung ist an diesem Punkt am geringsten. Das könnte erklären, warum Sie bei Equinox den geringsten Unterschied feststellen.

Wenn Sie nun die Kurven für die Juni/Dezember-Sonnenwende betrachten (wie in Abb. 1), liegt die Position für Sonnenuntergang/Sonnenaufgang etwas außerhalb von 90°, daher ist die Änderungsrate dort schneller als zum Äquinoktium.

Das sollte erklären, warum der Unterschied bei Sonnenwenden größer ist als bei Tagundnachtgleiche. Aber was ist mit dem Unterschied zwischen der Sonnenwende im Juni und Dezember?

Nun, meine Liebe, betrittst du gefährliche Gebiete. Ich möchte Sie daran erinnern, dass die Linie/Ebene, entlang der wir unsere Gradmessungen vornehmen, senkrecht zum Horizont verläuft. Aber die Ebene der Kreisbewegung steht immer noch in einem Winkel dazu. Die Sinuskurve muss also einen weiteren Satz von Projektionen durchlaufen, bevor Sie das genaue Ergebnis erhalten. Am Äquator verschwindet die Ungleichheit zwischen den Sonnenwenden, ja, da sich die oben genannten zwei Ebenen ausrichten.

Wie auch immer, ich hatte gehofft, Ihnen eine qualitative Beschreibung geben zu können, damit Sie das Wesentliche verstehen. Hier sind die Gleichungen, wenn Sie eine mathematische Idee brauchen

$a$ist (90+6)° für zivilen Sonnenaufgang/-untergang und (90+18)° für astronomischen Sonnenaufgang/-untergang,

$\delta$ist die Deklination der Sonne an diesem Datum. Google es.

$\phi$ist der Breitengrad des Ortes

Um die Disparität zu erhalten, müssen Sie finden$H$aus der Formel für zwei Werte von$a$und bekommen ihre Differenz. Denken Sie daran, durch 15 zu teilen, um von Grad in Stunden umzurechnen.

Hier ist ein Diagramm, das die Disparität entlang der Deklination zeigt (-23,5 ° bis +23,5 °)

Dies ist nicht wirklich eine Antwort, sondern eher eine Visualisierung (klicken Sie hier, um die volle Größe von 1024 x 768 anzuzeigen), basierend auf den Formeln aus Need Simple Equation for Rise, Transit und Set Time – ich hoffe, es hilft

Ich habe einen Freund, der Astronomieprofessor ist. Ich habe ihn auf diesen Beitrag verwiesen und er hat eine Antwort geteilt, die ich in seinem Namen posten werde, falls sie für andere hilfreich ist. Sein Kommentar hier bezieht sich auf das erste von Cheeku gepostete Diagramm.

Eine einfachere Möglichkeit, dies zu erkennen, besteht darin, die Kreise zu betrachten, die die Sonne bei verschiedenen Deklinationen (Winkel nördlich oder südlich des Äquators) bildet. Der größte Kreis ist, wenn die Sonne am Himmelsäquator steht, was den Tagundnachtgleichen entspricht. Da die Sonne ihren Kreis in 24 Stunden abschließen muss, unabhängig davon, wie groß der Kreis ist, wird die tägliche Bewegung der Sonne in der Nähe der Tagundnachtgleiche am schnellsten sein, und daher wird die Dämmerung dann am kürzesten sein. Beim Vergleich der beiden Sonnenwenden besteht der Hauptunterschied darin, dass die Sonne im Sommer nicht so weit unter den Horizont kommt, bevor sie sich umdreht und aufgeht. Seine vertikale Bewegung in der Nacht ist daher sehr langsam. Das macht die Dämmerung im Sommer am längsten.

Ich denke, das grundlegende Missverständnis der Leute ist, dass die Ekliptik "im Sommer hoch, im Winter niedrig und ungefähr in der Mitte zwischen Frühling und Herbst" ist. Aber die Ekliptik bewegt sich den ganzen Tag über, sodass sie bei Sonnenuntergang nicht den gleichen Winkel zum Horizont bildet wie am Sonnenmittag.

Am Sonnenmittag zur Sommersonnenwende wird die Ekliptik die höchste am Himmel sein, die sie jemals sein wird, und die Sonne wird auf dem höchsten Punkt der Ekliptik stehen. Aber später in derselben Nacht, um Mitternacht der Sonne, werden Sie in die gleiche Richtung blicken wie zur Wintersonnenwende, und so wird die Ekliptik die niedrigste sein, die sie jemals am Himmel haben wird. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Sonne nicht sichtbar ist.

Jeden Tag (genauer gesagt jeden Sterntag) bewegt sich die Ekliptik also von ihrem höchsten Punkt am Himmel zu ihrem tiefsten Punkt am Himmel und alles dazwischen. Das Einzige, was sich im Laufe der Jahreszeiten ändert, ist der Sonnenstand auf der Ekliptik.

Am Sonnenmittag zur Sommersonnenwende stehen die Sonne und die Ekliptik also an ihrem höchsten Punkt. Aber bei Sonnenuntergang wird sich die Ekliptik auf einen niedrigeren Punkt bewegt haben und einen flacheren Winkel mit dem Horizont bilden, was zu einer längeren Dämmerung führt.

Die Diskrepanz zwischen der Dämmerung bei Sommer- und Wintersonnenwende ist teilweise darauf zurückzuführen, dass sie nicht den gleichen Winkel zum Horizont bilden, und teilweise darauf, wie sich die Steilheit ändert. Im Winter wird der Winkel bei Sonnenuntergang noch steiler und im Sommer flacher.