Положение Солнца: как понимать азимут и высоту?

Две координаты на местном небе

Горизонтальная система похожа на видимый купол: в основании горизонт, прямо над головой **зенит**.

• **Азимут A** считают в принятой здесь конвенции от севера: 0°, восток 90°, юг 180°, запад 270°. В старых источниках бывает начало от юга, поэтому сверяйте нулевое направление.
• Высота h равна 0° на математическом горизонте и 90° в зените. Отрицательное значение означает положение ниже него. Вместо высоты иногда дают зенитное расстояние, 90° − h.

Эти координаты местные. В один момент Солнце расположено относительно горизонта Москвы иначе, чем относительно горизонта Ольхона. Для описания недостаточно указать только гражданское время без даты и места.

Изменение за день

Вращение Земли создаёт видимую суточную дугу. Часовой угол меняется примерно на 15° в час, но азимут и высота не обязаны меняться с одинаковой постоянной скоростью. На широтах Москвы и Байкала Солнце поднимается с восточной стороны, достигает верхней кульминации на юге при азимуте 180° и опускается к западной стороне.

Момент кульминации — истинный солнечный полдень, не обязательно 12:00 на часах. Сдвиг определяют долгота относительно принятого часового пояса и уравнение времени. Правила гражданского времени учитываются для выбранной зоны и даты; одна городская таблица не подходит всему русскоязычному пространству.

Полуденную высоту определяют широта и склонение. Вне тропиков около июньского солнцестояния она выше равноденственной примерно на 23,4°, около декабрьского ниже на столько же. Между крайними сезонными положениями получается почти 47°. В северном лете Солнце высоко и тени короче, зимой низко даже в середине дня.

Изменение за год

Ось Земли наклонена примерно на 23,4° к перпендикуляру к плоскости орбиты, а не к самой плоскости. Поэтому склонение Солнца меняется примерно от +23,4° до −23,4°. Это изменяет и высоту кульминации, и точки восхода с заходом.

В северных средних широтах летом Солнце восходит на северо-востоке и заходит на северо-западе, зимой на юго-востоке и юго-западе. Около равноденствий направления близки к востоку и западу. Для условного примера широты 50° летние азимуты имеют порядок 50° и 310°, зимние около 128° и 232°. Это иллюстрация геометрии для данной широты, не готовые значения для Москвы или каждого байкальского берега.

Чем ближе к полюсам, тем шире сезонный размах точек, вплоть до отсутствия пересечений горизонта в полярный день или ночь. Рефракция немного меняет и момент, и азимут видимого пересечения; настоящий профиль местности добавляет отдельное ограничение.

Тени, солнечная энергия, сад и архитектура

Длина тени. На горизонтальной поверхности тень вертикального предмета при высоте Солнца 45° равна его высоте. Ниже 45° она длиннее, около горизонта очень длинная. Для зимнего освещения участка нужны направление и высота Солнца плюс геометрия препятствий. Соседний дом может затенять террасу зимой, хотя летом не мешает.

Солнечные установки. Направление и наклон модулей меняют распределение освещения. Южная ориентация на северных средних широтах часто служит отправной точкой, а восточно-западная иначе распределяет выработку по дню. Но нельзя переносить один рекомендованный угол между регионами: нужны местные климатические данные, затенение и инженерный расчёт. Само приложение с положением Солнца не прогнозирует выработку конкретной установки.

Фотография и архитектура. Чтобы понять, когда луч попадёт в окно или Солнце окажется за башней, сравните азимут и высоту с направлением на объект. Компас требует различать магнитный и географический север. Для грубой оценки высоты кулак на вытянутой руке занимает около 10°, с индивидуальными различиями.

Безопасность. Не определяйте направление прямым взглядом на диск. Пользуйтесь тенью или приложением. Солнечная проекция через оптику допустима только в подходящей, предусмотренной производителем конфигурации, а не как импровизированный опыт с любым телескопом.

Поправки для точной работы

Геометрическая высота отличается от видимой из-за рефракции: около горизонта эффект порядка половины градуса, при 10° около 5′, в зените исчезает. Солнечная параллакса имеет масштаб около 9″, а высота наблюдателя влияет на геометрию местного горизонта. Для обычной тени маленькие поправки часто несущественны, для навигационных и угловых измерений важны.

В южных средних широтах Солнце кульминирует на севере при азимуте 0°. Между тропиками направление зависит от даты; внутри зоны возможны два зенитных прохождения за год, на самом тропике одно. Даже в Северном полушарии правило «всякое светило выше всего на юге» неверно: звезда с достаточно большим северным склонением кульминирует севернее зенита.