Położenie Słońca: jak rozumieć azymut i wysokość?

Dwa kąty wystarczą do wskazania kierunku

Do opisu używamy układu horyzontalnego: wyobraź sobie kopułę nieba opartą na horyzoncie, z **zenitem** dokładnie nad głową.

• **Azymut A** mierzymy wzdłuż horyzontu. W powszechnej współczesnej konwencji północ ma 0°, wschód 90°, południe 180°, a zachód 270°. Starsze tablice czasem zaczynają od południa, dlatego sprawdź punkt zerowy przed porównaniem danych.
• Wysokość h to kąt od horyzontu do obiektu: 0° na horyzoncie i 90° w zenicie. Wartości ujemne oznaczają położenie pod horyzontem. Zamiast wysokości można podawać odległość zenitalną, równą 90° − h.

Te współrzędne są lokalne. W tej samej chwili Słońce ma inne położenie względem horyzontu w Krakowie niż w Lizbonie. Nie wystarczy więc znać samą godzinę bez miejsca obserwacji.

Zmiany w ciągu dnia

Obrót Ziemi sprawia, że Słońce pozornie przemieszcza się po niebie. Kąt godzinny zmienia się w przybliżeniu o 15° na godzinę; nie oznacza to jednak stałego tempa zmiany azymutu lub wysokości. W Polsce Słońce wznosi się po wschodniej stronie, osiąga górną kulminację, czyli górowanie, na południu przy azymucie 180°, a potem opada po stronie zachodniej.

Górowanie wyznacza prawdziwe południe słoneczne. Nie musi przypadać o 12:00 na zegarku: wpływają na nie długość geograficzna w obrębie strefy czasowej oraz równanie czasu. Czas letni dodaje kolejną godzinę do zapisu urzędowego. Zamiast przenosić jedną godzinę na całą Polskę, sprawdź wynik dla konkretnego miejsca i daty.

Wysokość w południe zależy od szerokości geograficznej oraz deklinacji Słońca. Poza strefą międzyzwrotnikową latem jest ona o około 23,4° większa niż przy równonocy, a zimą o tyle mniejsza. Różnica między przesileniami sięga więc około 46,8°. W Polsce czerwcowe Słońce góruje wysoko, a grudniowe pozostaje nisko i rzuca długie cienie nawet w środku dnia.

Zmiany w ciągu roku

Oś ziemska jest nachylona o około 23,4° względem prostej prostopadłej do płaszczyzny orbity, a nie względem samej płaszczyzny. Dlatego deklinacja Słońca zmienia się między około +23,4° i −23,4°. Przesuwa to zarówno wysokość górowania, jak i kierunki wschodu oraz zachodu.

Latem na polskich szerokościach Słońce wschodzi na północnym wschodzie i zachodzi na północnym zachodzie, zataczając długi łuk. Zimą kierunki przesuwają się na południowy wschód i południowy zachód, a droga staje się krótka oraz niska. Przy równonocach wschód i zachód wypadają blisko odpowiednich kierunków głównych. Dla idealizowanego przykładu szerokości 50° letnie azymuty są rzędu 50° i 310°, zimowe około 128° i 232°; konkretne wartości zależą od definicji i daty, nie są gotową prognozą dla każdego polskiego punktu.

Im dalej ku biegunom, tym większy sezonowy zakres przesunięcia przy horyzoncie. W strefach polarnych wschód lub zachód może w ogóle nie występować. Refrakcja dodatkowo zmienia moment przekroczenia widocznego horyzontu, a przez to nieznacznie także azymut wydarzenia.

Cienie, ogród, fotowoltaika i fotografia

Długość cienia. Na poziomym podłożu cień pionowego przedmiotu ma przy wysokości Słońca 45° długość równą wysokości przedmiotu. Niżej położone Słońce daje cień dłuższy, przy horyzoncie bardzo długi. Oceniając nasłonecznienie grządki albo tarasu, potrzebujesz więc wysokości Słońca o danej porze i jego kierunku, a także rzeczywistej geometrii przeszkód. Zimowy cień sąsiedniego domu może sięgać znacznie dalej niż letni.

Instalacje słoneczne. Kierunek i nachylenie modułów wpływają na rozkład produkcji energii. Na polskich szerokościach południowa ekspozycja i nachylenie rzędu 30–40° są częstym punktem wyjścia, a układ wschód–zachód inaczej rozkłada uzysk w ciągu dnia. Ostateczny projekt wymaga jednak danych o dachu, zacienieniu, pogodzie i potrzebach użytkownika; sam azymut Słońca nie wyznacza uzysku instalacji.

Fotografia i architektura. Chcesz ustawić Słońce za wieżą albo sprawdzić, kiedy promień wpadnie przez okno? Porównaj jego azymut i wysokość z kierunkiem oraz wysokością motywu. Przybliżenie terenowe daje wyciągnięta pięść, zajmująca około 10°, choć wynik zależy od budowy dłoni i odległości od oka. Kompas wskazuje kierunek, ale przy dokładniejszej pracy trzeba uwzględnić różnicę między północą magnetyczną i geograficzną.

Bezpieczeństwo. Nie określaj kierunku przez wpatrywanie się w tarczę. Korzystaj z cienia lub aplikacji. Projekcja wymaga odpowiedniej, bezpiecznej konfiguracji sprzętu; nie należy improwizować z lornetką ani teleskopem skierowanym na Słońce.

Poprawki ważne przy dokładnych pomiarach

Położenie geometryczne różni się od obserwowanego wskutek refrakcji. Przy horyzoncie efekt jest rzędu pół stopnia, na wysokości 10° około 5′, a w zenicie zanika. Dochodzą paralaksa, dla Słońca do około 9″, oraz geometria wysokości obserwatora i odległego horyzontu. W codziennym planowaniu cienia drobne poprawki bywają mało istotne, ale w nawigacji i pomiarach wymagają uwagi.

Na południowych średnich szerokościach Słońce góruje na północy, przy azymucie 0°. Między zwrotnikami kierunek kulminacji zależy od daty i szerokości. Wewnątrz tej strefy Słońce może przejść przez zenit dwa razy w roku, na samym zwrotniku raz. Reguły „góruje na południu” nie należy więc rozciągać na całą Ziemię. Nie dotyczy ona też wszystkich gwiazd obserwowanych z Polski: dostatecznie północna deklinacja daje górną kulminację po północnej stronie zenitu.