Kiedy wschodzi i zachodzi Słońce? Godziny, kierunki i horyzont

Co dokładnie oznacza wschód Słońca?

Na co dzień wystarczy powiedzieć, że Słońce pojawia się nad horyzontem. Obliczenia potrzebują jednak jednoznacznego warunku. W astronomii wschód i zachód odnoszą się do górnego brzegu tarczy, który dotyka matematycznego horyzontu: idealnej poziomej linii bez gór, budynków i drzew.

Znaczenie mają dwa zjawiska. Po pierwsze, pozorny promień tarczy Słońca wynosi około 16′, czyli szesnaście minut kątowych. Gdy jej górny brzeg dociera do horyzontu, środek znajduje się jeszcze 16′ niżej. Po drugie, atmosfera ziemska załamuje światło. Ta **refrakcja** podnosi przyhoryzontalny obraz o około 34′, nieco więcej niż średnica tarczy Słońca. Możemy więc zobaczyć tarczę, która bez atmosfery byłaby jeszcze całkowicie schowana.

Oba efekty razem dają standardową wysokość środka Słońca: −0,833°. To powszechnie używana wartość w rocznikach astronomicznych i obliczeniach wschodów oraz zachodów. Jest modelem typowych warunków, a nie gwarancją identycznego obrazu przy każdej pogodzie.

Od czego zależy godzina?

Cztery podstawowe dane określają wschód i zachód w danym miejscu:

• Szerokość geograficzna decyduje o nachyleniu dziennej drogi Słońca do horyzontu i długości jej widocznego łuku. Im dalej od równika, tym silniejsze zmiany w ciągu roku.
• Data określa deklinację Słońca, czyli odległość kątową od równika niebieskiego. Zmienia się ona między około +23,4° w okolicy przesilenia czerwcowego a −23,4° w grudniu.
• Długość geograficzna przesuwa zjawiska względem zegara. Przy tej samej strefie i szerokości geograficznej jeden stopień różnicy długości odpowiada czterem minutom. Rzeszów leży na wschód od Wrocławia, ale ich rzeczywistych godzin nie można wyjaśnić samą długością: różnią się również szerokością.
• Strefa czasowa i czas letni zmieniają zapis godziny, bez zmiany samego zjawiska na niebie.

Dochodzi do tego równanie czasu. Prawdziwe południe słoneczne nie przypada przez cały rok o tej samej godzinie średniego czasu słonecznego; różnica osiąga kilkanaście minut. Wschód i zachód nie układają się więc symetrycznie wokół godziny 12:00 na zegarku.

Łuk dzienny: znaczenie szerokości i pory roku

Wskutek obrotu Ziemi Słońce pozornie zatacza na niebie dzienny okrąg, w przybliżeniu równoległy do równika niebieskiego. Horyzont dzieli go na łuk dzienny nad horyzontem i nocny pod nim. Wschód i zachód wypadają w pobliżu przecięć tej drogi z horyzontem, po obu stronach prawdziwego południa. W Polsce Słońce góruje wtedy na południu. Nie jest to uniwersalna reguła dla wszystkich szerokości geograficznych ani wszystkich gwiazd.

W czerwcu deklinacja przesuwa drogę Słońca ku północy i na półkuli północnej większa część okręgu znajduje się nad horyzontem. W grudniu widoczny łuk jest krótszy. Szerokość geograficzna określa natomiast, pod jakim kątem horyzont przecina ten okrąg. Przy równiku podział przez cały rok pozostaje bliski połowie, a dni trwają około dwunastu godzin. Im dalej na północ lub południe, tym większa różnica sezonowa. W Polsce dobrze widać ją, porównując krótkie grudniowe popołudnia z długimi czerwcowymi wieczorami. Za kołami podbiegunowymi przez część roku cały okrąg może leżeć nad albo pod horyzontem.

Deklinacja nie jest zupełnie stała nawet w obrębie jednej doby. Dokładny moment wschodu lub zachodu wyznacza się zatem iteracyjnie, zbliżając się do chwili osiągnięcia zadanej wysokości.

Dlaczego obliczona godzina może różnić się od widoku?

Dokładny wynik dla określonego modelu nie usuwa wpływu lokalnych warunków:

• Refrakcja się zmienia. Przyjęte 34′ to wartość typowa. Temperatura, ciśnienie i uwarstwienie powietrza mogą zmieniać załamanie, szczególnie nad wodą lub śniegiem. Różnica może wynosić kilka minut, a na dużych szerokościach jeszcze więcej.
• Rzeczywisty horyzont bywa zasłonięty. Zbocze, las lub zabudowa opóźniają pojawienie się Słońca i przyspieszają jego zniknięcie. W Bieszczadach obliczony wschód nad idealnym horyzontem nie musi oznaczać chwili wyjścia tarczy zza sąsiedniego grzbietu.
• Liczy się wysokość obserwatora. Ze wzniesienia lub wieży odległy, odsłonięty horyzont znajduje się poniżej płaszczyzny poziomej. To obniżenie horyzontu pozwala zobaczyć wschód wcześniej i zachód później. Wielkość efektu zależy od wysokości i geometrii widoku; bliski szczyt może nadal zasłaniać Słońce.

Jak przygotować obserwację lub zdjęcie?

Wschód kończy cywilny świt; poranek rozjaśnia się już wcześniej. Przy fotografowaniu warto zaplanować czas przed pojawieniem się tarczy i po nim. Zmienia się również kierunek: w Polsce latem Słońce wschodzi na północnym wschodzie, zimą na południowym wschodzie, a przy równonocach blisko wschodu. Dokładny azymut sprawdź dla wybranej daty i miejsca.

Najwcześniejszy zachód nie musi wypadać w najkrótszym dniu roku, a najpóźniejszy wschód nie musi występować tego samego dnia. W okolicy przesilenia zimowego zmiana długości dnia jest niewielka, natomiast równanie czasu przesuwa prawdziwe południe. Dlatego w środkowych szerokościach północnych najwcześniejsze zachody wyprzedzają przesilenie, a najpóźniejsze wschody następują po nim. Konkretnej daty nie należy przenosić bez obliczeń między różnymi miejscami.

Nigdy nie patrz bez odpowiedniej ochrony w Słońce, także tuż po wschodzie, gdy wydaje się przygaszone. Nie kieruj na nie lornetki, teleskopu ani optycznego wizjera bez właściwego filtra słonecznego przed obiektywem; zwykłe okulary przeciwsłoneczne nie chronią wzroku podczas takich obserwacji.