ORBIT YANG ELIPS

Adapun alasan untuk variasi tahunan ini di gerakan jelas matahari ada dua. Alasan pertama berkaitan dengan fakta bahwa orbit Bumi tidak lingkaran sempurna, tetapi elips dengan Matahari menjadi lebih dekat salah satu ujung elips. Kecepatan Bumi dalam orbit elips ini bervariasi dari minimal pada jarak terjauh untuk maksimum pada jarak terdekat dari Bumi ke Matahari Alasan kedua untuk variasi tahunan harus dilakukan dengan fakta bahwa ekuator Bumi cenderung terhadap bidang orbit bumi mengelilingi matahari Kedua efek dijelaskan dalam paragraf berikut.   1. Orbit elips. Sementara bumi berputar pada porosnya, itu juga bergerak mengelilingi Matahari dalam arti yang sama, atau arah, sebagai rotasi. Jika kita memilih tempat di bumi di mana matahari tepat di atas kepala, agar tempat itu untuk memutar dengan Bumi dan kembali sehingga Sun overhead lagi, itu harus mengubah sedikit tambahan karena gerakan bumi mengelilingi matahari . Bumi ternyata sedikit lebih dari sekali sehubungan dengan bintang untuk menyelesaikan satu putaran sehubungan dengan Matahari The "sedikit tambahan" hanya sudut melalui mana bumi telah bergerak mengelilingi Matahari dalam waktu satu hari. Rata-rata, sudut ini berjumlah sedikit kurang dari satu derajat per hari (360 derajat / 365 ¼ hari) dan diilustrasikan pada Gambar 1. Gambar 1. Bumi harus berputar 360 derajat ditambah, sudut yang sangat kecil, untuk pengamat pada A untuk kembali ke posisi yang sama relatif terhadap Matahari pada B. Waktu untuk Bumi untuk mengubah sudut kecil ini sekitar empat menit. Perbedaan kecil ini akan menyebabkan ada kekhawatiran jika itu selalu sama, tetapi tidak! Mengingat bahwa Bumi bergerak pada jalur elips (banyak berlebihan pada Gambar. 1) mengelilingi Matahari, dan bukan jalan melingkar, ternyata Bumi lebih dekat ke Matahari pada bulan Januari dibandingkan pada bulan Juli. Perbedaannya adalah sekitar tiga juta mil (dari jarak rata-rata sembilan puluh tiga juta mil). Kecepatan Bumi dalam orbit nya meningkat karena mendapat lebih dekat ke Matahari Karena Bumi adalah yang paling dekat dengan Matahari pada bulan Januari dan terjauh pada bulan Juli, maka bahwa Bumi bergerak lebih cepat di orbitnya pada bulan Januari dibandingkan pada bulan Juli! Dengan demikian, Bumi harus memutar sedikit lebih setiap hari dari Oktober sampai April untuk kembali ke tempat yang dipilih untuk menghadapi Sun lagi. jumlah kecil ini setiap hari terakumulasi sampai sebesar perbedaan dari 7,7 menit pada April 2. Memiliki untuk mengubah sedikit lebih setiap hari berarti jam matahari tertinggal clock standar dan sehingga waktu matahari dikurangi waktu standar pada April 2 adalah -7,7 menit . Dari April 2 pada, Bumi berputar sedikit kurang setiap hari untuk kembali ke tempat yang dipilih untuk menghadapi Sun lagi, dan penurunan ini terakumulasi dari April hingga Oktober sampai sebesar perbedaan dari 7,7 menit pada 2 Oktober Perbedaan antara waktu jam matahari dan jam waktu yang dihasilkan dari kecepatan yang bervariasi dari Bumi dalam orbitnya secara grafis diilustrasikan pada Gambar 2 Gambar 2. (atas) Bumi bergerak lambat di A dan tercepat di B. (Bawah) Persamaan komponen Waktu akibat eksentrisitas orbit bumi. 2. Kemiringan Ekliptika.   Unsur lain memasuki tempat kejadian, menyebabkan matahari bervariasi dari jam. Efek ini adalah murni satu geometris. Sumbu rotasi Bumi tidak tegak lurus terhadap bidang orbitnya di sekitar Matahari, tetapi dimiringkan dengan sudut 23½ o. Jadi, sebagai Bumi mengitari Matahari, kutub utara dimiringkan 23½ o terhadap Matahari pada 21 Juni, dan 23½ o jauh dari Matahari pada tanggal 21 Desember, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3. Ini adalah tanggal solstices musim panas dan musim dingin seperti yang diakui di belahan bumi utara. Hasilnya, seperti yang terlihat dari belahan bumi utara, adalah bahwa Matahari melintasi langit pada siang hari jauh lebih tinggi pada bulan Juni dari bulan Desember, dan jika satu orang untuk merencanakan jalan Matahari sepanjang tahun, seperti yang terlihat dengan latar belakang bintang-bintang , akan muncul sebagai garis menyeberang ekuator langit pada 21 Maret dan 21 September ekuinoks vernal dan musim gugur. Jalur jelas tahunan Matahari dengan latar belakang bintang-bintang, yang disebut ekliptika, ditunjukkan pada Gambar. 4, bersama dengan ekuator langit. Ekuator langit adalah garis khayal di langit tepat di atas ekuator Bumi. Dengan demikian, ketika matahari berada di ekuator langit, ia berdiri tepat di atas ekuator Bumi Kita melihat bahwa jalan memanjang utara dan selatan> dari khatulistiwa oleh 23½ o. Gambar 3. Kemiringan sumbu bumi terhadap bidang orbitnya. Gambar 4. jalur jelas tahunan Matahari, ekliptika, mencapai 23½ o utara dan selatan ekuator langit. Mengabaikan perubahan kecepatan Bumi di orbit elips (efek nomor satu di atas), gerakan ke arah timur sebenarnya dari Sun adalah terbesar ketika semua gerak adalah karena arah timur. Hal ini terjadi pada bulan Juni dan Desember. Pada bulan Maret dan September, bagian dari gerak matahari adalah utara atau selatan, dan bagian ke arah timur dari geraknya berkurang. Hal ini membuat jatuhnya jam matahari di belakang clock standar saat soltis dan bergerak maju dari jam di ekuinoks. Ara. 5 menggambarkan efek geometris ini pada persamaan waktu. Gambar 5. Persamaan Waktu komponen karena kemiringan bidang ekliptika. (miring = 23½ o). dua bagian sebelumnya, kita telah melihat bagaimana perbedaan antara waktu matahari dan waktu standar tergantung pada dua efek: eksentrisitas orbit bumi dan kemiringan orbit bumi. Kombinasi dari kedua efek, yang merupakan persamaan benar waktu, diplot di Gbr.6. Pada bulan Desember dan Januari kedua efek berdua bekerja untuk memperlambat waktu jam matahari, sementara pada bulan Juni dan Juli dua efek yang berlawanan satu sama lain. jam matahari tertinggal hanya enam menit selama bulan Juni ketika dua efek yang berlawanan, tetapi tertinggal 13½ menit selama Desember. Persamaan waktu mengungkapkan hubungan antara waktu matahari dan standar, dan waktu standar maka tersedia dari jam matahari dengan menerapkan nilai yang tepat, plus atau minus, dari persamaan waktu. Tapi konversi tersebut menghasilkan waktu standar benar hanya jika sundial adalah pada meridian standar. Satu harus tahu seseorang jarak timur atau barat dari meridian standar untuk membuat koreksi yang tersisa untuk waktu jam matahari. Bumi ternyata melalui satu zona waktu satu jam. Zona waktu lebar 15 derajat (1/24 dari 360 derajat), sehingga setiap derajat bujur dalam zona waktu setara dengan empat menit waktu (60 min./15 o). Hal ini kemudian adalah koreksi untuk membuat untuk setiap derajat bujur jauh dari meridian standar: dikurangi jika timur atau ditambah jika barat dari meridian standar Sebagai contoh, anggaplah bahwa Anda berada di bujur 155 derajat barat. Apa koreksi untuk tiba pada waktu standar untuk zona waktu Anda? Meridian standar adalah 150 derajat barat meridian, sehingga Anda berada 5 derajat barat itu. Setiap derajat adalah 4 menit dari waktu, sehingga matahari melewati atas kepala di bujur 4 x 5 = 20 menit kemudian dari pada meridian standar. Dengan demikian, Anda harus menambahkan 20 menit dari waktu jam matahari untuk mendapatkan zona waktu standar. Ini, tentu saja, adalah selain waktu yang harus ditambahkan atau dikurangi sesuai dengan persamaan waktu. Lihat Lampiran B untuk contoh tambahan. Gambar 6 The Equation of Time pada jam matahari, matahari terbit dan terbenam kemudian setiap hari, dan ketika matahari adalah mendapatkan pada jam, Matahari terbit dan terbenam lebih awal setiap hari. Jika dua efek yang memberikan kita persamaan waktu yang bertanggung jawab untuk matahari terbit dan terbenam, kali ini akan menjadi akhir musim panas dan musim dingin dan awal musim semi dan gugur. Kebanyakan dari kita akan mengatakan sekaligus bahwa, tentu saja hal ini tidak benar. Tapi itu benar bagi orang yang hidup di khatulistiwa! Pada meridian standar di khatulistiwa yang diharapkan Matahari naik di 6:00 dan ditetapkan pada 06:00, tapi matahari terbit di 06:03 pada bulan Juli, musim panas bulan, dan juga naik akhir, pada 6 : 11 AM pada bulan Februari, bulan musim dingin. Ini naik tujuh menit sebelum 06:00 pada pertengahan Mei, dan 20 menit sebelum 06:00 pada akhir Oktober. Di khatulistiwa efek ini seluruhnya dicatat dengan persamaan waktu. Jalan harian Matahari seperti yang terlihat di ekuator pada hari pertama musim semi, musim panas, musim gugur, dan musim dingin diilustrasikan pada Gambar 7 dan 7a. Di khatulistiwa matahari terbit tegak lurus dari cakrawala dan set tegak lurus, terlepas dari musim. Juga, jalan total Matahari, siang dan malam, dibagi rata oleh cakrawala. Selalu ada dua belas jam siang hari dan dua belas jam malam-waktu di khatulistiwa, kecuali untuk dua efek ringan yang meningkatkan siang hari sekitar delapan menit. Pertama, karena kita menandai instan matahari terbit sebagai waktu tepi atas matahari atau "anggota tubuh" hanya menyentuh cakrawala, pusat sebenarnya Matahari masih di bawah cakrawala dengan setengah diameter Matahari, 16 menit busur atau ¼ derajat .. ini akan mengambil menit tambahan untuk pusat Matahari berada di cakrawala. Saat matahari terbenam hal yang sama terjadi dan tambahan dua menit yang diperoleh untuk siang hari. Kedua, ketika anggota tubuh Matahari muncul di cakrawala, sebenarnya masih 43 menit busur di bawah cakrawala tapi hanya muncul untuk berada di cakrawala karena pembiasan atau lentur dari sinar matahari oleh atmosfer bumi. Efek ini menyebabkan matahari terbit muncul sekitar tiga menit awal dan sunset akhir dengan jumlah yang sama. Mengambil kedua efek bersama-sama, panjang siang hari sekitar 8 menit lebih dari 12 jam, dan sebagainya, tentu saja, malam-waktu akan menjadi 8 menit kurang dari 12 jam, sehingga siang hari menjadi 16 menit lebih dari malam-waktu di khatulistiwa , atau dalam hal ini, di mana saja selama ekuinoks (21 Maret dan 21 September). Gambar 7. Jalan harian atau diurnal Matahari selama solstis (21 Desember dan 21 Juni) dan ekuinoks (21 Maret dan 21 September) seperti yang terlihat oleh pengamat di khatulistiwa. Garis padat siang hari, garis putus-putus adalah malam-waktu. Pada semua musim di khatulistiwa, jalan harian Sun dibagi sama atas dan di bawah cakrawala. Informasi yang sama ditunjukkan pada Gambar 7 disajikan pada Gambar 7a, bawah, dalam bentuk plot polar dari posisi Matahari di koordinat azimuth dan ketinggian Matahari seperti yang terlihat oleh pengamat pada lintang itu. Gambar 8 dan 8a acara jalan jelas matahari seperti yang terlihat dari Hawaii, Negara paling selatan Amerika Serikat, 21 derajat utara khatulistiwa. Jalur semua sejajar satu sama lain, tetapi miring di 21 derajat ke cakrawala. Hal ini juga akan melihat bahwa cakrawala membagi total jalur Sun ke dalam periode yang sama hanya pada hari-hari pertama musim semi dan musim gugur, yaitu, ekuinoks. Di musim panas, porsi jalan Matahari di atas cakrawala jauh lebih besar dari porsi malam, dan sebaliknya adalah benar di musim dingin. Ini menggambarkan efek geografis, yang tergantung pada lintang pengamat. Gambar 8 dan 8a (bawah). Jalan harian Matahari seperti yang terlihat dari Hawaii pada hari pertama musim semi, musim panas, musim gugur, dan musim dingin. Situasi ekstrim ditunjukkan pada Gambar 9 aand 9a untuk lokasi di Arctic Circle, lintang 66½ o utara. Matahari berada di atas cakrawala sepanjang hari di awal musim panas, hampir tidak menyentuh cakrawala di tengah malam. Pada awal musim dingin jalan Matahari adalah sepenuhnya di bawah cakrawala. Situasi terakhir ini dimodifikasi oleh pembiasan cahaya matahari oleh atmosfer bumi yang menyebabkan Sun muncul sedikit lebih tinggi di cakrawala daripada yang sebenarnya. Karena pembiasan ini, Matahari akan muncul sebentar di atas cakrawala selatan pada siang hari pada hari pertama musim dingin di Lingkaran Arktik. Angka 9 dan 9a (bawah). Jalan harian Matahari seperti yang terlihat di 66,5 derajat lintang utara (Lingkaran Arktik) pada hari pertama musim semi, musim panas, musim gugur, dan musim dingin. saat waktu sebelum matahari terbit dan setelah matahari terbenam, cahaya dari Matahari menerangi suasana untuk menghasilkan beberapa skylight, dikenal sebagai t twiligh. Twilight adalah sewenang-wenang dibagi menjadi tiga bertahap. Periode ketika matahari adalah 6 derajat atau kurang di bawah cakrawala disebut senja sipil. Saat akhir senja sipil sering diterbitkan di surat kabar bersama dengan waktu matahari terbit dan terbenam. Ketika matahari berada antara enam dan dua belas derajat di bawah cakrawala, periode ini disebut senja bahari. Selama periode ini cukup gelap untuk melihat bintang-bintang terang, digunakan untuk navigasi, dan masih cukup untuk melihat cakrawala cahaya. Ketika matahari berada antara dua belas dan delapan belas derajat di bawah cakrawala, periode ini disebut senja astronomi. pemeriksaan lebih lanjut dari tokoh 7, 8, dan 9 mengungkapkan bahwa waktu untuk Sun untuk mencapai sudut senja ini berbeda pada musim yang berbeda. Di khatulistiwa, malam matahari mencapai posisi akhir senja sipil hanya 23 menit. Di Hawaii, senja sipil berlangsung 27 menit di musim dingin dan 28 menit di musim panas. Pada 45 derajat lintang periode yang sama adalah 35 menit di musim dingin dan 37 menit di musim panas. Konsep yang lebih populer senja lebih hampir cocok dengan periode senja bahari, dan efek lintang lebih nyata untuk periode ini. Di Hawaii, senja bahari berakhir 52 menit setelah matahari terbenam di musim dingin dan 55 menit setelah matahari terbenam di musim panas. Di 45 derajat lintang, periode yang sesuai adalah 73 menit di musim dingin dan 85 menit di musim panas. jam lagi senja di lintang yang lebih tinggi memberikan kontribusi pada penerimaan daylight saving time. Di London, Inggris, 51 derajat utara, pada hari pertama musim panas, matahari set di 8:18, dan senja bahari berakhir hampir dua jam kemudian, pada 10:16 Hanya sedikit lebih jauh ke utara, lintang 54½ o, bahari senja berjalan melalui tengah malam, yang berlangsung sepanjang malam di musim panas. Pada Arctic Circle, sedangkan Sun berada di bawah cakrawala untuk waktu yang lama di musim dingin, banyak jalan yang berada dalam zona senja bahari bawah cakrawala, sehingga senja berlangsung sebagian besar hari bahkan pada hari pertama musim dingin. Porsi jam malam-waktu itu menerima beberapa pencahayaan, melalui senja bahari, ditunjukkan pada Gambar. 10. Gambar 10. musiman dan variasi geografis di siang hari, senja, dan jam malam yang gelap. Gambar 10 juga merangkum hasil dari bagian sebelumnya tentang Sunrise dan Sunset. Semakin besar perubahan musim di siang hari di 45 derajat lintang lebih dari itu pada garis lintang Hawaii, mengungkapkan keuntungan dari "daylight saving time" di kota-kota utara di mana periode musim panas siang hari sangat panjang. Di Hawaii, periode siang hari lebih hampir sama sepanjang tahun. Menggeser jam di Hawaii hanya merampok pagi singkat untuk memberikan daylight tambahan di malam hari. Hawai'i tidak memiliki jam pagi untuk cadangan. Pada saat penulisan ini, Hawai'i tidak mengamati "waktu siang hari." Sebuah kondisi yang tampaknya bertentangan dalam waktu matahari terbit sering dicatat oleh pengamat kritis. Di belahan bumi utara hari terpendek tahun adalah hari pertama musim dingin, Desember 21. Namun saat matahari terbit terus tumbuh kemudian menjadi awal Januari ketika durasi periode siang hari sebenarnya memanjang. Alasannya adalah bahwa ini adalah waktu tahun ketika persamaan waktu masih mendominasi efek musiman, menyebabkan matahari terbit dan terbenam terjadi kemudian setiap hari. (Lihat CATATAN di bawah). Efek ini lebih besar untuk lokasi dekat khatulistiwa. Di Hawaii, di 21½ o utara, matahari terbit terbaru adalah 15 Januari, dua puluh lima hari setelah titik balik matahari musim dingin, hari terpendek tahun. Pada lintang 45 derajat utara, matahari terbit terbaru terjadi pada 3 Januari, dan di London, pada 51 derajat utara, matahari terbit terbaru adalah pada tanggal 31. variasi tahunan matahari terbit dan terbenam di garis lintang ini diilustrasikan pada Gambar. 11. Perbedaan besar di masa musiman matahari terbit dan terbenam serta perbedaan pada garis lintang yang berbeda dapat dilihat pada gambar ini. Dapat dicatat bahwa, di lintang tinggi, pengamatan "daylight saving time" adalah nilai yang jauh lebih besar dari lebih dekat khatulistiwa. Selain itu, tambahan pagi dan sore senja sangat memperluas total "siang hari" di lintang yang lebih tinggi. Gambar 11. Variasi tahunan matahari terbit dan terbenam di berbagai lokasi: 0 o (khatulistiwa), 21 o 20 '(Honolulu), 45 o (Minneapolis), 51 o (London). CATATAN: Pembaca Johan Demoen (johan.demoen@skynet.be) dari Hove, Belgia, telah mengatakan tentang fenomena: "Ide saya adalah bahwa persamaan waktu bukanlah penyebab tetapi hasil dari beberapa fakta astronomi nyata. alasan dari perilaku aneh ini matahari terbit, cq sunset antara sekitar 21 Desember dan 3 januari terletak pada kenyataan bahwa saat deklinasi negatif maksimum Matahari (+ - 21 Desember) tidak bertepatan dengan saat perihelion (dan mutatis mutandis maksimum deklinasi positif dan aphelion). pada 21 Desember bidang yang ditentukan oleh poros Bumi dan jari-jari orbit tegak lurus terhadap orbit Bumi. pada saat itu titik-titik persimpangan pesawat tegak lurus terhadap sumbu bumi dan akan melalui pusat bumi, dengan pesawat dari cakrawala lokal, yang simetris sempurna dalam kaitannya dengan benar Selatan lokal. Setelah 21 Desember poin dari persimpangan tidak lebih simetris true Selatan lokal, sejauh bahwa " meninggalkan "titik terus pergi ke selatan sementara yang" benar "titik sudah mulai pergi ke barat, tetapi titik kiri akan lebih lambat selatan dari titik yang tepat akan barat, yaitu panjang hari sudah meningkat. Setelah perihelion titik kiri mulai pergi ke timur dan fenomena ini tidak lebih diamati, tetapi hysteresis masih tetap. (Semua pertimbangan untuk beradaptasi dengan aphelion dll). "Johan Demoen sumber : http://www.cso.caltech.edu/outreach/log/NIGHT_DAY/sunrise.htm