Zmiany oświetlenia Ziemi w ciągu doby

Ruch obrotowy i obiegowy oraz stałe nachylenie osi ziemskiej do płaszczyzny orbity powodują zmiany oświetlenia Ziemi w ciągu doby i w ciągu roku. Codziennie zmienia się wysokość górowania Słońca i długość trwania dnia.

Ruch obrotowy Ziemi z zachodu na wschód powoduje, że obserwator na naszej planecie widzi pozorny ruch sfery niebieskiej w kierunku odwrotnym (ze wschodu na zachód). Sfera niebieska to abstrakcyjna, istniejąca tylko w naszej wyobraźni powierzchnia kuli, której środek znajduje się na powierzchni Ziemi, a promień nie jest oznaczony. Sfera niebieska obraca się wokół osi niebieskiej, która jest przedłużeniem osi ziemskiej.

Punktami charakterystycznymi sfery niebieskiej są:

- zenit - najwyższy punkt sfery niebieskiej. Każde miejsce na Ziemi ma swój zenit w innym punkcie sfery niebieskiej;

- nadir - najniższy punkt sfery niebieskiej. Znajduje się pod płaszczyzną horyzontu i nie jest widzialny. Jest to punkt przeciwstawny zenitowi;

- bieguny niebieskie - punkty na sferze niebieskiej w miejscu przecięcia z osią niebieską. W okolicy północnego bieguna niebieskiego znajduje się Gwiazda Północna (Polarna), natomiast południowy biegun niebieski znajduje się w gwiazdozbiorze zwanym Krzyżem Południa;

- równik niebieski - koło wielkie na sferze niebieskiej prostopadłe do osi niebieskiej. Można określić położenie każdego ciała niebieskiego w stosunku do płaszczyzny równika niebieskiego. Wartość ta nazwana została deklinacją astronomiczną;

- południk niebieski - koło wielkie przechodzące przez zenit i bieguny niebieskie. W czasie obrotu sfery niebieskiej wszystkie ciała niebieskie przechodząc przez południk osiągają najwyższe i najniższe położenie w stosunku do horyzontu (tzn. górują lub dołują).

Słońce obraca się wraz z całą sferą niebieską. Pojawiając się nad horyzontem wschodzi. Następnie zwiększa swoją wysokość aż do momentu górowania (przechodzi wówczas przez miejscowy południk niebieski i jest najwyżej nad horyzontem w ciągu doby). Po górowaniu wysokość Słońca nad horyzontem maleje. Wreszcie Słońce znika pod horyzontem, czyli zachodzi.

Wysokość górowania Słońca w danym dniu zależy od szerokości geograficznej. Można ją obliczyć posługując się wzorem:

h = 90° - | δ - φ | dla półkuli północnej

lub

h = 90° - | δ + φ | dla półkuli południowej

h - wysokość górowania Słońca

δ (delta) - deklinacja Słońca w danym dniu

φ (fi) - szerokość geograficzna danego punktu na Ziemi.

Deklinację Słońca w danym dniu można odczytać z tablic astronomicznych. Wynosi ona od -23°27’ (22 grudnia) do 23°27’ (22 czerwca). W dniach równonocy (21 marca i 23 września) wynosi 0°.

Słońce może górować po południowej lub północnej stronie sklepienia niebieskiego, ewentualnie w zenicie.

Na półkuli północnej, na północ od zwrotnika Raka, góruje wyłącznie po południowej stronie.

Na półkuli południowej, na południe od zwrotnika Koziorożca, góruje wyłącznie po północnej stronie.

W strefie między zwrotnikami możliwe są wszystkie warianty górowania.

Na rysunkach przedstawiono ruch Słońca nad horyzontem w Krakowie, którego szerokość geograficzna wynosi 50°N (północna).