Определения сторон света

Определения сторон света

Понимание движения солнца относительно вашего участка — это важный аспект хорошего пермакультурного проекта, ведь многие его элементы — растения, животные, солнечные устройства, зависят от солнца. Хорошее понимание нюансов вращения Земли вокруг своих осей, вращения вокруг Солнца, и влияния этого движения на положение и доступность солнечного света на поверхности земли в данном месте крайне важны для увеличения продуктивности, энергоэффективности и минимизации количества энергии, необходимой для поддержания комфорта в помещениях.

Для нормального функционирования и продуктивности сады, теплицы и оранжереи должны располагаться на своих местах, ориентируясь на адекватную доступность солнечного света в течение тех периодов года, когда растения растут и плодоносят. Другие элементы пермакультурной системы, такие как солнечные панели, тоже должны быть расположены с тем расчётом, чтобы получать максимальную экспозицию солнца, и собрать максимальное количество энергии. Дома, расположенные вне тропического региона, должны быть спроектированы и сориентированы так, чтобы зимнее солнце максимально попадало в жилые пространства. В то время как дома в тропиках надо проектировать и ориентировать так, чтобы в жилые пространства попадало больше тени и прохладного воздуха. Даже животные могут извлечь выгоду от продуманного солнечного дизайна, ведь они тоже нуждаются в зимнем тепле и летней тени. Пчелиные ульи, курятники, рыбные пруды и стайки для скота тоже будут признательны теплу зимой и тени летом.

Если для данного участка мы составим карту, показывающую где в течение года будут находиться тени и солнечный свет, мы сможем распланировать и спроектировать различные элементы для оптимального функционирования. Но как рассчитать движение солнца для конкретного участка?

Для начала мы попытаемся осознать вращение Земли вокруг своей оси, её орбиты вокруг солнца и четыре сезона.

Иллюстрация: www.solar.steinbergs.us

Четыре сезона

То, что мы знаем, это то. что летом теплее, а зимой холоднее. А также то, что когда в северном полушарии лето, то в южном — зима. И что с того?

Летом жарче потому что путь движения летнего солнца по небу выше. Из-за этого дни длиннее и из-за этого солнечный свет более интенсивный. Чтобы лучше всё понять, давайте поставим небольшой эксперимент с фонариком.

В тёмной комнате посветим фонариком на поверхность под прямым углом. Заметим размер светового пятна. Теперь изменим угол падения света, сделав его не таким прямым. Вы увидите, что размер освещённой области увеличился, но интенсивность света (или яркость) уменьшилась. Это означает, что прямой (90 градусов) угол даёт наиболее интенсивное освещение, чем более острый угол. Чем выше на небе солнце, тем более прямой и интенсивный солнечный свет будет падать на землю.

Эксперимент с фонариком. Источник: Clay Atchison, www.solarschoolhouse.org

Теперь у нас возникает следующий вопрос: почему летом солнце на небе выше? Ответ заключается в сочетании наклонности оси вращения Земли и движения её по орбите. Земля вращается вокруг своей оси, которая наклонена на 23.5° к плоскости орбиты, и в то же самое время наша планета летит в космосе по огромному кругу (той самой орбите) вокруг Солнца.

В течение лета Северный полюс наклонен в сторону Солнца. И, как следствие, путь солнца на небе северного полушария проходит выше, из-за чего северное полушарие получает больше света и тепла. Примерно 21-го июня северное полушарие наклонено к Солнцу максимально — это называет Летним Солнцестоянием. В этот день, который можно считать первым днём лета, солнце на небе находится выше, чем в любой другой день года. Вдобавок из-за того, что солнце видно в течение большего количества часов, день летнего солнцестояния — это самый долгий день в году. Эти дополнительные часы дают солнцу больше времени, чтобы нагреть землю, и в этом основная причина того, почему лето — самый жаркий сезон.

Четыре сезона. Источник: NOAA

По мере движения Земли по орбите, она достигает точки, где Земля повёрнута к Солнцу всем боком целиком, а ось вращения не наклонена относительно Солнца. Это называется точка осеннего равноденствия, когда день и ночь равны 12 часам.

Продолжая своё движение по орбите, Земля обходит Солнце с “другой стороны”, где северное полушарие Земли наклонено в сторону от Солнца. Теперь солнце на северном небосводе проходит более низко, из-за чего северное полушарие получает меньше света и тепла. Дни становятся короче и холоднее. Самый кородкий день в этот период называется Северным Солнцестоянием.

Потом Земля движется дальше, в “сторону лета” и проходит точку, где она снова ровно повёрнута боком к Солнцу, а день и ночь снова равны. Этот день называется Весенним Равноденствием.

Путь солнца на небе зимой и весной. Источник: Clay Atchison, www.solarschoolhouse.org

Солнечное окно

Таким же образом мы можем нарисовать вечернюю линию, скажем в 5 часов вечера (на картинках — в 3 часа). Теперь мы имеем прямоугольник на воображаемом небесном куполе, отображающий положение светила с 9 утра до 5 пополудни в течение всего года. Дуги между углами солнечного и зимнего солнцестояния дополняют наш прямоугольник. Пространство внутри этого прямоугольника и есть солнечное окно для конкретной местности.

Это солнечное окно играет важную роль, ведь между 9 утра и 5 пополудни земная поверхность получает максимум солнечной энергии. Чтобы максимально использовать эту энергию в данной местности, солнечное окно не должно быть затенено деревьями или другими объектами в течение дня с 9 до 17 большую часть года. Вот почему, например, важно перед установкой солнечных батарей на конкретном участке полезно для начала осознать расположение солнечного окна и наличие в нём затенённостей от каких-либо объектов в течение дня и года.

Измерение положения солнца по азимуту и высоте. Источник: Clay Atchison, www.solarschoolhouse.org

Рисование траектории солнца

Имея показания азимута и высоты солнца мы можем, наконец, нарисовать карту, показывающую как меняется положение солнца на небе в течение года. Эта карта отражает как солнечные траектории выглядят с поверхности земли.

На иллюстрации показана такая карта для Сан-Франциско, Калифорния. Она показывает где мы увидим солнце, если будем в Сан-Франциско смотреть на юг. Ось Y показывает высоту солнца над горизонтом, где 0° находится на горизонте, а 90° — прямо над головой. Ось X — это солнечный азимут, направление на солнце по компасу. Центр карты, т.е. направление на юг — это 180°. Пересечение на карте высоты и азимута — это положение солнца на небе.

Солнечное окно для Сан-Франциско. Источник: Clay Atchison, www.solarschoolhouse.org

Карту можно наложить на конкретную локацию с её объектами — деревьями, зданиями и пр. На линиях движения солнца можно отметить метки часов. Добавим также пять путей других месяцев года, которые будут пролегать между основными линиями. Заметьте, линий пять потому что эти промежуточные пути солнца в году повторяются из-за сезонного движения солнца вверх и вниз. Например путь 21 марта — это тот же путь, что и 21 сентября.

Итак, благодаря этой карте мы можем видеть где солнце будет затенено в какой-либо из дней. Для примера, если взять нашу карту и посмотреть самый нижний путь 21 декабря, то понятно, что с 9 до 10 утра этого дня солнце будет затенено деревом, которое находится между 135° и 150° градусами на компасе.

5 способов найти Полярную звезду на небе

  • По Большой Медведице.

Рассмотрим, как найти Полярную звезду на небе по Большой Медведице. Для начала стоит внимательно определить, где находится сам Большой Ковш, и рассмотреть две главные звезды, которые являются основой его верхушки. Самая нижняя имеет название Мерак, а та, которая находится немного выше, – Дубхе. Затем от верхней к нижней проводится прямая, которая имеет размер, в пять раз превышающий расстояние звезд друг от друга. На конце этого отрезка и будет находиться Полярная звезда. Если человек не совсем уверен в том, что определил правильное расположение, то следует сравнить светило с другими небесными телами, оно будет наиболее ярким.

  • Применив компас.

Для начала следует направить компас так, чтобы его стрелка указывала точно на север, но следует учесть небольшое отклонение показателей в связи с магнитным склонением. Для решения вопроса о том, как на небе определить Полярную звезду, стоит знать, что местность, на которой проводятся работы, не должна содержать различные большие металлические объекты, так как их нахождение может повлиять на точное определение. Если магнитное склонение направлено на запад, например на 15 градусов, то стоит их прибавить к показателю – это и будет цель.

  • Определение местонахождения по карте.

Для того чтобы определить, где находится Полярная звезда на небе, нужно находиться на линейном ориентире, по которому можно определить собственное местонахождение на карте. Стоит точно повернуть карту по своему местоположению и направлению, и именно самая верхняя честь карты будет направлена в сторону нужной нам звезды. Затем человек должен определить широту местности, на которой он находится, и высоту стояния звезды над горизонтом.

  • По Кассиопее.

Кассиопея располагается по отношению к Большой Медведице с противоположной стороны, поэтому определить, где находится Полярная звезда на небе, не составит труда. Для этого соедините среднюю точку Кассиопеи с предпоследней точкой в хвосте Большой Медведицы. Середина полученного отрезка и будет Полярной звездой.

Этот способ очень прост, как и определение нахождения нужной звезды по Большой Медведице. Но бывают такие случаи, когда Большой Ковш частично скрыт горизонтом и не может оказать помощь в поисковых работах. Тогда стоит вспомнить о Кассиопее.

  • По Ориону.

Если северная сторона неба прикрыта тучами и определение положения светил весьма затруднительно, то стоит прибегнуть к созвездию Ориона и его главной фигуре – Капелле. Для этого также необходимо провести прямую линию от срединной звезды, пересекая Меиссу. И от Капеллы отложить расстояние от нее до Меиссы. Так можно приблизительно узнать нахождение Полярной звезды.

Все перечисленные методы довольно просты и точны. С помощью одного из них можно без труда определить, где находится единственная неподвижная звезда небосклона – Полярная.

Если Вы отправились в поход без компаса, а все Ваши электронные приблуды с навигацией подвели, то Вам придется ориентироваться подручными методами. Среди этих способов стоит выделить ориентирование по часам. Этот способ, несмотря на кажущуюся сложность, позволяет с высокой точностью определить, где находится север. Разумеется, ориентирование по часам имеет свои нюансы. И их нужно иметь ввиду, если Вы хотите получить точные данные. В этой статье мы рассмотрим как правильно ориентироваться по часам. А также тонкости при использовании этого способа ориентирования.

Тонкости ориентирования по часам

Казалось бы, все просто. Направляем стрелку часов на солнце и проводим биссектрису угла между стрелкой и линией от центра до истинного полдня. Однако, есть тут одна тонкость, которая может скрыться из виду и привести в дальнейшем к серьезным погрешностям. Все дело в том, что если изначально будет неверно выяснен полдень, то все дальнейшие расчеты будут также ошибочны.

Сам по себе истинный полдень представляет собой время, когда солнце находится в своем зените и тень, отбрасываемая объектами, самая короткая. Страна у нас большая и по местному времени полдень может очень отличаться от полдня, истинного для Вашего родного региона. Обязательно нужно знать его время конкретно для той местности, где Вы находитесь. Для точного определения этого времени Вы можете воспользоваться одним из многочисленных интернет-сервисов.

В качестве наглядного примера можно привести следующий. 21 января 2017 года в городе Первоуральск полдень был в 13:12. В Камышине – в 12:10, а в Воркуте – в 10:56. Таким образом, отклонение может составлять до двух с половиной часов. А это свыше 37 градусов отклонения. Такими темпами можно прийти совсем не туда, куда планировалось изначально.

Чтобы получать точные показания, используя этот способ, в большинстве случаев необходимо точно знать время истинного полдня конкретно для данной местности. Другие погрешности обычно не берутся во внимание и ими пренебрегают. Или же стараются компенсировать, если нужна более высокая точность измерения.

Помимо прочего, неточности могут возникнуть и из-за смещения на восток или запад относительно места, где было определено точное время. Ошибка в градусах составит расстояние в градусах долготы до меридиана, чье время полдня Вы будете использовать при ориентировании по часам.

Также, неточности возникают и от того, что циферблат неправильно наклонен. По науке, он должен размещаться в плоскости небесного экватора. Как правило, эта погрешность ничтожна и не учитывается при ориентировании. Если же Вы хотите максимальной точности, то, когда будет определено хотя бы приблизительное направление на юг, следует наклонить часы под углом, составляющим разницу между прямым углом и широтой местности, на которой находитесь. При этом приподнимите немного южную часть циферблата, а затем произведите повторное измерение.

Способ №1. По ключевым точкам

Данный способ основан на понимании того, что Солнце в 6 часов утра находится приблизительно на востоке, а в 6 часов вечера — приблизительно на западе. Из всех способов ориентирования по Солнцу этот, пожалуй, самый простой.

Этот способ помогает решать и обратную задачу — по положению тени и известным сторонам света определять время.

С 12 часами дня все немного сложнее: в средних и высоких широтах северного полушария в полдень Солнце будет на юге, в средних и высоких широтах южного полушария — на севере. В тропиках и на экваторе в течение года Солнце в полдень может оказаться то на севере, то на юге, а иногда и строго над головой наблюдателя. Подробно этот вопрос мы разбирали здесь…

Исходя из этого, можно более-менее точно узнать расположение сторон света в 6:00, 12:00 и 18:00. Для этого определяется направление на Солнце, делается вывод о стороне света, которая соответствует этому направлению, а затем, зная одну сторону света, находятся все остальные.

Данный метод позволяет быстро сориентироваться на местности, но его главным недостатком является привязка лишь к трем ключевым точкам — моментам времени, когда Солнце примерно совпадает с основными направлениями сторон света. Использовать же его в другие моменты времени не представляется возможным.

Способ №2. По аналоговым часам и Солнцу

Этот способ основан на знании того, что в средних и высоких широтах северного полушария Солнце движется по небосводу по часовой стрелке с угловой скоростью, равной половине от скорости движения часовой стрелки на часах. Это, по сути, — усовершенствованный первый способ.

Чтобы определить стороны света по аналоговым часам и Солнцу, следует придерживаться следующей инструкции:

  1. Часы располагаются горизонтально. Циферблат должен быть направлен вверх.
  2. Часы поворачиваются в горизонтальной плоскости так, чтобы часовая стрелка указала на Солнце, а точнее на его проекцию на горизонт.
  3. От центра циферблата проводится луч так, чтобы он оказался строго между часовой стрелкой и цифрой «12». При этом в утренние часы этот луч будет находиться в промежутке от 6 до 12, а в вечерние — в промежутке от 12 до 6, если смотреть по часовой стрелке. Этот луч и укажет приблизительное направление на юг.

Существует вариация этого метода с использованием спички. Для этого:

  1. Часы располагаются горизонтально циферблатом вверх.
  2. Между часовой стрелкой и цифрой «12» на циферблате мысленно отмечается точка.
  3. Возле этой точки сбоку к корпусу часов прикладывается спичка так, чтобы она была перпендикулярна плоскости циферблата.
  4. Часы с прислоненной к ним спичкой вращаются в горизонтальной плоскости до тех пор, пока тень от спички не пересечет центр циферблата.
  5. Луч, проведенный из центра циферблата через цифру «12» укажет приблизительное направление на юг.

Методы с использованием аналоговых часов хорошо будут работать только в том случае, если Солнце в течение дня будет двигаться низко над горизонтом. Чем выше солнечный зенит в конкретном регионе в конкретное время года, тем большую ошибку эти методы будут давать.

Например, они будут прекрасно работать за полярным кругом во время полярного дня, неплохо — в средних широтах в зимний период, и окажутся совершенно непригодными для ориентирования — в летних тропиках и на экваторе.

Кроме того, я не зря указал, что способ ориентирования по Солнцу и аналоговым часам предназначен для северного полушария. В южном полушарии, где Солнце движется справа налево, этот метод ориентирования нужно менять (о том, как это сделать, мы говорили в другой статье). Однако пользоваться им при этом становится сложнее, а значит увеличивается вероятность допущения ошибки. В таких ситуациях лучше применять другой способ, о котором поговорим далее.

Способ №3. По пройденному Солнцем пути

Это мой авторский способ ориентирования, основанный на знании скорости движения Солнца по небосводу. Он был придуман несколько лет назад и показал свою эффективность на практике в условиях различных походов.

Рассмотрим его на примере средних широт северного полушария, где в 12 часов дня Солнце будет находится приблизительно на юге.

Зная время в данный момент, нетяжело определить, сколько часов осталось до 12, или сколько часов прошло после 12 часов дня, то есть того момента, когда Солнце было на юге. Зная положение Солнца в данный момент, скорость и направление его движения по небосводу, можно легко определить, где Солнце окажется или было в 12:00, тем самым определив направление на юг.

Предположим, что в данный момент 8 часов утра. Это значит, что до 12 часов осталось 4 часа. То есть через 4 часа Солнце окажется на юге, сместившись слева направо от положения, в котором находится в данный момент. Определяем расстояние, на которое нужно сместиться Солнцу, чтобы оказаться на юге: 4 часа умножаем на 15 градусов в час — получаем 60 градусов. То есть от того положения Солнца, где оно находится в данный момент времени, нужно отступить вправо угловое расстояние равное 60 градусам — и полученное направление будет соответствовать направлению на юг.

Зная, что на расстоянии 57 см от глаз 1 сантиметр соответствует примерно 1 градусу, можно легко без транспортира найти направление на юг. Выставленный на этом расстоянии кулак с отогнутым в сторону большим пальцем соответствует примерно 15–17 см, то есть 15–17 градусам. Соответственно, четыре таких кулака будут соответствовать примерно 60 градусам.

Конечно, в этом случае было бы удобнее отступить не 60 градусов вправо, определяя юг, а 30 градусов влево, определяя восток: это уменьшило бы ошибку и несколько бы сократило временные затраты. Однако я решил не путать читателя и решил задачу по описанной ранее схеме.

Недостатки у данного способа те же, что и у предыдущего, однако есть и ряд преимуществ. Так, например, не нужны аналоговые часы, то есть часы со стрелками: для этого способа достаточно электронных часов, мобильного телефона или радиоточки, по которой сообщают текущее время. Кроме того, этот метод одинаково удобен для использования, как в северном полушарии, так и в южном.

Пользуясь разобранными сегодня методами, необходимо вносить корректировки, связанные с переводом часов на летнее время. Если этого не сделать, ошибки при ориентировании по Солнцу и часам могут значительно возрасти. Об этом мы рассказывали в отдельной статье.

Также для повышения точности стоит вносить корректировку, связанную с рядом других моментов, которые влияют на отклонение «земного» времени от астрономического. Однако зачастую эти моменты не учитываются, поскольку их влияние на точность метода незначительно, ведь данные методы вообще не претендуют на звание точных.

Не лишним будет также отметить, что ориентироваться по Солнцу можно и без часов, однако именно методы с использованием часов позволяют найти стороны света наиболее быстро, хоть и не всегда точно. Именно благодаря своей скорости данные методы целесообразны в большинстве случаев, поскольку чаще всего скорость является приоритетнее точности.

Тем не менее, это вовсе не отменяет необходимости изучения всех вариантов ориентирования, поскольку ситуации бывают разные, а часы, как и любые сложные механизмы, имеют привычку выходить из строя. Поэтому всегда стоит уметь обходиться без них.

Максим Чечетов


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *