День нулевой тени: что, почему, когда? | Английский | Науки о Земле, астрономия, география

13 мая (в 12:31) в Пуне, Индия (на широте 18,5° северной широты), был день нулевой тени. Если внимательно посмотреть на тень Эйнштейна, она находится между его ног, потому что Солнце находится прямо над головой. Давайте разберемся, почему, как и когда наступает день нулевой тени. Всем известно, что предметы, стоящие на земле, не будут отбрасывать тень, если источник света находится прямо над ними. Так, бутылка и конус не будут отбрасывать тень, в то время как трубка и ограненный стакан будут отбрасывать тень в виде края. Это наша Земля, которая вращается вокруг своего источника света — Солнца. Ось вращения Земли наклонена под углом 23,5 градуса к вертикали. Экватор находится посередине, а тропик Рака и тропик Козерога — на 23,5 градуса выше и ниже экватора соответственно. В этом положении Земля находится прямо над Тропиком Рака. Этот день также называется летним солнцестоянием. Предположим, башня стоит вертикально на тропике Рака, и в это время суток она обращена прямо к Солнцу. Солнечные лучи будут коллинеарны башне, и тень от башни на земле не образуется. Теперь, если та же башня построена на экваторе, солнечные лучи будут падать на башню под углом 23,5 градуса. Предполагая, что башня не очень длинная, тень и башня образуют прямоугольный треугольник, и поэтому длина тени будет равна длине башни L × sin(23,5) = 0,4 × L. Земля также вращается вокруг своей оси, поэтому все оранжевые точки, которые вы видите на тропике Рака, будут испытывать нулевую тень в один и тот же день. Другими словами, из-за вращения Земли все места на одной и той же широте будут испытывать нулевую тень в один и тот же день. (Подпись) Для нулевых дней с тенью на других широтах нам нужно будет рассмотреть другое положение на орбите вокруг Солнца, которое составляет 365 дней. В этом положении солнечные лучи находятся прямо над тропиком Рака. Через 3 месяца Земля пройдет 1/4 оборота вокруг Солнца, и ось Земли не будет направлена ни к Солнцу, ни от него. Это также называется равноденствием. В некотором смысле, ось параллельна Солнцу. В этом положении Солнце находится прямо над экватором, или на 0 градусах северной широты, и во всех местах вдоль экватора не будет теней. Аналогично, через три месяца то же явление произойдет на 23,5 градусах южной широты, или на Тропике Козерога. Здесь ось Земли будет направлена прямо от Солнца. И через 3 месяца Земля окажется в равноденствии, когда Солнце будет находиться прямо над экватором, и на экваторе не будет теней. С учетом этих четырех особых положений Земли, теперь рассмотрим положение Земли на орбите перед летним солнцестоянием, скажем, 13 мая. Теперь солнечные лучи направлены прямо на широту между экватором и Тропиком Рака. Поэтому во всех точках на этой широте 18,5° северной широты не будет теней, и это мы наблюдали и в Пуне. Как видите, когда Земля вращается вокруг Солнца, широты, на которых нет дней с нулевой тенью, проходят по пути, показанному на этом красном круге. Этот круг наклонен к экватору на 23,5 градуса и находится между Тропиком Рака и Тропиком Козерога. Другими словами, для людей за пределами тропиков нет дней с нулевой тенью. Интересно, что через 37 дней после летнего солнцестояния в Пуне (18,5° с.ш.) снова будет нулевое количество дней с тенью. Физика этого явления основана на базовой тригонометрии, и мы разберемся в этом в следующем видео. Авторы: Режиссура/Сценарий/Озвучка: Ашок Рупнер, Маниш Джайн, Видула Мхайскар, Шиваджи Мане, Джоти Хиремат, Аривнд Гупта, Свапнил Гупта. Эта работа была поддержана IUCAA и Tata Trust. TATA Trust: Образование является одним из ключевых направлений деятельности Tata Trusts, направленным на обеспечение доступа к качественному образованию для малообеспеченного населения Индии. Для повышения качества преподавания и изучения естественных наук посредством семинаров, развития потенциала и создания ресурсов, фонд Tata Trusts с момента своего основания поддерживает Детский научный центр Muktangan Vigyan Shodhika (MVS) при IUCAA. Чтобы узнать больше о других инициативах Tata Trusts, посетите сайт www.tatatrusts.org