Страница 209 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Почему истинная продолжительность дня больше промежутка времени между восходом и заходом Солнца?

Решение

Вопрос, по всей видимости, подразумевает сравнение наблюдаемой продолжительности светового дня с продолжительностью, рассчитанной чисто геометрически (без учета атмосферы и размеров Солнца). Наблюдаемая, то есть истинная для наблюдателя, продолжительность дня действительно больше, чем промежуток времени, в течение которого центр Солнца находится над математическим горизонтом. Это происходит по двум основным причинам.

1. Атмосферная рефракция. Земная атмосфера неоднородна: ее плотность уменьшается с высотой. Когда солнечные лучи проходят через атмосферу, они преломляются, изгибаясь в сторону более плотных слоев, то есть к поверхности Земли. Из-за этого явления любой небесный объект кажется нам расположенным выше над горизонтом, чем он находится на самом деле. Эффект рефракции максимален для объектов, находящихся у самого горизонта. Для Солнца это "приподнимает" его видимое положение примерно на $34$ угловые минуты ($34'$). Таким образом, утром мы видим восход Солнца, когда его диск геометрически еще полностью находится под горизонтом. Вечером, соответственно, мы наблюдаем закат, когда Солнце уже фактически скрылось за горизонтом.

2. Угловой размер Солнца и определение моментов восхода/захода. Восход и заход определяются не по центру солнечного диска, а по его верхнему краю. Восход — это момент появления верхнего края Солнца над линией горизонта, а заход — момент его исчезновения. Средний угловой радиус Солнца составляет около $16$ угловых минут ($16'$). Это означает, что даже без учета рефракции мы бы увидели начало восхода, когда центр Солнца еще находится на $16'$ ниже горизонта.

Оба эти эффекта суммируются. Таким образом, в момент, когда мы видим появление верхнего края Солнца на горизонте (восход), его центр на самом деле находится ниже горизонта примерно на $34' + 16' = 50'$. Аналогичная ситуация происходит и на закате. В результате этого суммарного эффекта световой день (промежуток времени от видимого восхода до видимого заката) удлиняется на несколько минут утром и вечером, становясь больше, чем промежуток времени, в течение которого центр Солнца геометрически находится над горизонтом.

Ответ: Истинная (наблюдаемая) продолжительность дня больше промежутка времени между геометрическим восходом и заходом центра Солнца из-за двух явлений: 1) атмосферной рефракции, которая "приподнимает" видимое изображение Солнца над горизонтом; 2) определения восхода и захода по верхнему краю солнечного диска, а не по его центру. Оба эффекта приводят к тому, что мы начинаем видеть Солнце раньше, чем оно геометрически восходит, и продолжаем видеть его после того, как оно геометрически зашло.