Hiểu phương vị và độ cao Mặt Trời

Hai góc cho một hướng

Hệ tọa độ chân trời dùng đường chân trời làm vòng cơ sở và thiên đỉnh ở thẳng trên đầu. Theo quy ước phổ biến trong ứng dụng, phương vị bắt đầu từ bắc 0°, qua đông 90°, nam 180°, tây 270°. Một số tài liệu cũ bắt đầu ở nam nên phải kiểm tra mốc trước khi so bảng.

Độ cao bằng 0° tại chân trời, 90° ở thiên đỉnh, âm khi dưới chân trời. Khoảng cách thiên đỉnh là góc bù tới 90°. Hà Nội và Hạ Long nhìn cùng Mặt Trời ở cùng một thời điểm nhưng tọa độ chân trời không hoàn toàn giống nhau.

Chuyển động trong ngày

Trái Đất quay làm Mặt Trời vẽ cung biểu kiến qua trời. Góc giờ tiến khoảng 15° mỗi giờ, nhưng phương vị và độ cao không nhất thiết đổi đều từng ấy. Mốc cao nhất là qua kinh tuyến trên, hay trưa Mặt Trời thật, không mặc định 12:00 dân dụng.

Ở phía bắc chí tuyến Bắc, Mặt Trời qua kinh tuyến phía nam. Hà Nội và Hạ Long nằm trong chí tuyến nên quy tắc đó không đủ: tùy xích vĩ trong năm, nó có thể ở nam, ở bắc hoặc qua gần đúng thiên đỉnh. Khi ở thiên đỉnh, phương vị tại chính điểm ấy không có một hướng duy nhất có ý nghĩa.

Độ cao giữa trưa phụ thuộc chênh giữa vĩ độ và xích vĩ. Ngoài vùng nhiệt đới, chênh giữa hai chí có thể gần 47°. Trong vùng nhiệt đới, đường độ cao tối đa qua năm khác vì Mặt Trời có thể vượt qua phía bắc, không chỉ tăng rồi giảm ở phía nam. Hãy dùng giá trị cho ngày cụ thể.

Thay đổi qua năm

Trục quay Trái Đất nghiêng khoảng 23,4° so với pháp tuyến quỹ đạo, khiến xích vĩ Mặt Trời chạy từ khoảng +23,4° tới −23,4°. Do đó, cả độ cao giữa trưa và hướng mọc lặn cùng đổi.

Quanh chí tháng 6, điểm mọc thường về phía đông bắc và điểm lặn về tây bắc ở miền bắc Việt Nam; quanh tháng 12 là đông nam, tây nam. Ngày phân gần đông và tây. Không đưa các số phương vị của 50° bắc vào cảnh tại Hà Nội hoặc Hạ Long.

Càng lên vĩ độ cao, khoảng dịch theo mùa thường lớn hơn, tới vùng có ngày không lặn. Khúc xạ làm điểm nhìn thấy ở chân trời hơi khác hướng tại lần tâm cắt 0°; độ lệch và hướng cụ thể tùy hình học, không phải luôn dịch cùng một phía.

Bóng đổ, năng lượng và nhiếp ảnh

Bóng: Mặt Trời thấp tạo bóng dài. Vật thẳng đứng trên mặt phẳng ngang có bóng bằng chiều cao khi độ cao Mặt Trời 45°. Gần chân trời bóng dài nhanh; gần thiên đỉnh rất ngắn. Hướng bóng đối diện hướng nắng, nhưng mặt đất dốc và hình vật thể làm bài toán thực phức tạp hơn.

Điện Mặt Trời: góc chiếu ảnh hưởng thu năng lượng, nhưng không thể áp máy móc hướng nam và độ nghiêng 30–40° của Trung Âu cho mái tại Việt Nam. Nắng từ cả bắc và nam qua năm, mây, che bóng và thiết kế hệ thống phải được xét riêng. Apphemeride cung cấp vị trí thiên văn, không tự tính sản lượng hay thiết kế giàn pin.

Ảnh và kiến trúc: so phương vị, độ cao với hướng cửa, phố hoặc núi đá trong khung hình để biết nắng tới từ đâu. Nắm tay đưa thẳng tay chỉ khoảng 10° là thước ước lượng cá nhân, không phải dụng cụ đo chính xác.

An toàn: dùng ứng dụng, bóng hoặc phương pháp chiếu được thiết kế phù hợp; không xác định vị trí bằng cách nhìn thẳng Mặt Trời không bảo vệ.

Những hiệu chỉnh nhỏ

Độ cao hình học và độ cao có khúc xạ khác nhau. Gần chân trời có thể lệch khoảng nửa độ, ở 10° cỡ 5 phút cung, gần thiên đỉnh gần bằng không trong khí quyển đối xứng lý tưởng. Phép đo chính xác còn xét thị sai Mặt Trời khoảng 9 giây cung và độ cao người quan sát.

Ở bán cầu nam ngoài chí tuyến, Mặt Trời qua kinh tuyến phía bắc. Trong vùng nhiệt đới của cả hai bán cầu, hướng phụ thuộc ngày; có nơi mỗi năm hai lần qua thiên đỉnh. Các quan hệ hình học này không tự biết núi hay tòa nhà đang che nắng trước mặt bạn.