O Lucii a slepičím kroku (2. díl)

V první části našeho výletu do světa astronomie (článek https://www.3pol.cz/cz/rubriky/astronomie/2136-o-hromnicich-lucii-a-slepicim-kroku) jsme zkoumali, jak se mění délka dne v období kolem zimního slunovratu. S využitím moderních astronomických databází (v našem případě to byla stránka www.meteogram.cz/vychod-zapad-slunce/) jsme pátrali po smyslu známých průpovídek „Lucie noci upije, ale dne nepřidá“, „Na Nový rok o slepičí krok“, „Na Tři krále o skok dále“ a „Na Hromnice o hodinu více“. V dnešním pokračování už se budeme problematikou východu a západu Slunce věnovat mnohem seriózněji.

Než se však pustíme do práce, musíme si ujasnit jednu terminologickou nejednoznačnost. Jedná se o dva odlišné významy slova den.

1. význam – den je kalendářní jednotka času, určená jednou otočkou Země kolem své osy. Den se dělí na 24 hodin, kalendářní rok má 365 dnů.

2. význam – den je doba mezi východem a západem Slunce, noc je doba mezi západem a východem Slunce. Součet délky dne a délky noci je 24 hodin.

V celém seriálu „O Lucii a slepičím kroku“ používáme pojem den ve smyslu „doba mezi východem a západem Slunce“, tj. v jeho druhém významu.

Různá místa v České republice

Minule jsme sestavili tabulku pro východy a západy Slunce jen v Jindřichově Hradci, který leží na 15. poledníku (15° v. d.) a 50. rovnoběžce (50° s. š.). Dnes se podíváme na situaci ve dvou dalších městech – ve Valašských Kloboukách a v Liberci. Valašské Klobouky leží také na 50. rovnoběžce, ale na 18. poledníku (o 220 km východněji). Liberec leží na 15. poledníku, ale asi 180 km severněji. V tabulce uvádíme údaje pro všechna tři města v pěti zimních dnech:

Tabulka 1:

Z tabulky je zřejmé, že místa, ležící na stejné rovnoběžce, mají stejnou délku dne a liší se jen okamžiky východu a západu Slunce. Valašské Klobouky leží o 3 stupně východněji než Jindřichův Hradec a proto v nich Slunce vždy vychází a zapadá o 12 minut dříve. Délka dne je však vždy stejná jako v Hradci.

Proč právě 12 minut?

Střídání dne a noci je způsobeno otáčením Země kolem vlastní osy. Země vykoná za 24 hodin jednu otočku, tj. 360°. To znamená, že o 1° se pootočí za 24 / 360 = 1/15 hodiny neboli za 4 minuty. Jestliže leží Valašské Klobouky o 3° východněji, objeví se v nich Slunce nad obzorem o 3 × 4 = 12 minut dříve než v Hradci.

V případě Liberce je situace komplikovanější. V době zimního slunovratu je zde den o 15 minut kratší a ještě začátkem února je den kratší o 10 minut oproti Hradci! Liberečtí však nemusí být smutní, protože při letním slunovratu zase budou mít den o 16 minut delší než obyvatelé Jindřichova Hradce…

Vydejme se do světa

Zdá se, že na základě tabulky č. 1 můžeme vyslovit tuto hypotézu: délka dne v určitém místě nezávisí jen na kalendářním datu, ale i na jeho zeměpisné poloze. Pro potvrzení platnosti hypotézy překročíme naše hranice a vyhledáme potřebné údaje pro různá data a různá místa na zeměkouli.

Místa ležící na stejné rovnoběžce

Vybrali jsme čtyři města na východní i západní polokouli, ležící (přibližně) na 50. rovnoběžce:

Tabulka 2:

Je zřejmé, že ve všech místech ležících na téže rovnoběžce je den stejně dlouhý a že to platí v zimě i v létě.

Místa ležící na stejném poledníku

Vybrali jsme sedm měst na severní i jižní polokouli, která leží „svisle pod sebou“ na 15. poledníku:

Tabulka 3:

Z tabulky vyplývá pro místa na stejném poledníku několik závěrů:

• v zimě jsou dny tím kratší, čím severněji se určité místo nachází
• v zimě nastává pro místa v blízkosti severního pólu polární noc a v blízkosti jižního pólu polární den
• v létě jsou dny tím delší, čím severněji se určité místo nachází
• v létě nastává pro místa v blízkosti severního pólu polární den a v blízkosti jižního pólu polární noc

Místa ležící na rovníku

Náš poslední výlet bude směřovat až na rovník, do ekvádorského Quita, které leží téměř na rovníku (0,2° j. š. a 78,5° z. d.).

Tabulka 4:

V Quitu, ležícím na rovníku, trvá den (a noc) po celý rok stále stejnou dobu – 12 hodin. Stejně dlouhý den mají celoročně všechna místa na rovníku, protože rovník je také rovnoběžka (její zeměpisná šířka je 0°) a platí pro něj závěry z tabulky č. 2. Nevěříte? Vyberte si pro ověření i další rovníková místa v Jižní Americe, Africe či v Indonésii…

Číselné výsledky našeho astronomického bádání, vyjádřené předchozími čtyřmi tabulkami, můžeme znázornit (možná výstižněji) také obrazově. Z následujících tří obrázků určitě ještě zřetelněji vystoupí vztah mezi polohou pozorovatele a zdánlivým pohybem Slunce po obloze během dne a během roku. Všechny efekty jsou způsobeny tím, že naše Země se pohybuje po přibližně kruhové dráze kolem Slunce, že rotuje kolem vlastní osy a že zemská osa není kolmá k rovině oběžné dráhy.

Obr.: Pozorovatel na 50. rovnoběžce na severní polokouli (viz tab. 2)

V období zimního slunovratu Slunce vychází na jihovýchodě a zapadá na jihozápadě. Den je nejkratší, v poledne vystoupí Slunce jen 16,5° nad jižní obzor. Při jarní a podzimní rovnodennosti Slunce vychází přesně na východě a zapadá přesně na západě, nad obzorem je 12 hodin a v poledne vystoupí 40° (= 90° - 50°) nad jižní obzor. Nejdelší den a největší polední výška nastane při letním slunovratu.

Obr.: Pozorovatel na rovníku (viz tab. 4)

Po celý rok vychází a zapadá Slunce kolmo k obzoru (90° - 0°), během roku se mění jen místo východu a západu. Po celý rok je Slunce každodenně 12 hodin nad obzorem (den) a 12 hodin pod obzorem (noc).

Pozorovatel na severním pólu (viz tab. 3)

Na severním pólu je půl roku – od jarní do podzimní rovnodennosti – polární den. Slunce krouží v rovině rovnoběžné s obzorem, nejvýše (23,5°) obíhá při letním slunovratu. Zbývajícího půl roku zůstává Slunce stále pod obzorem a na pólu panuje polární noc. Čím dále je pozorovací místo od pólu, přibývá v něm počet dní v roce, kdy Slunce vychází a zapadá. Přesto jsou i zde období, kdy Slunce v létě mnoho dní vůbec nezapadá a v zimě vůbec nevychází. Teprve v místech ležících jižněji od severního polárního kruhu (66,5° s. š.) Slunce vychází a zapadá každodenně.

V oblasti kolem jižního pólu můžeme pozorovat stejné jevy, ale časově „posunuté“ o půl roku.

Ve třetí, závěrečné části miniseriálu si dosavadní poznatky zobecníme a jako bonus pro milovníky horoskopů objasníme pojem „Slunce se nachází ve znamení…“