Analemma, czyli słoneczna ósemka

Człowiek od dawien dawna nauczony jest doświadczać zjawisk Przyrody w sposób bezpośredni, obserwując, chociażby obfity deszcz czy patrząc na powolne przesuwanie się w ciągu dnia Słońca po niebie. Są to zjawiska zmienne, ale łatwe do rozpoznania. Nie brakuje jednak i takich zjawisk, które można dostrzec tylko w długiej perspektywie czasowej, chociażby około 22-letni okres zmian pola magnetycznego Słońca czy 11-letni cykl aktywności słonecznej, czyli zmniejszania i zwiększania się liczby jego plam.

Nie bez powodu przytaczamy tu przykłady związane ze Słońcem, gdyż zawarte w tytule zjawisko, zwane analemmą, także dotyczy naszej dziennej gwiazdy. Okres jego tworzenia wynosi pełny rok i co prawda jest ogólnie dostrzegalny, jednak zawsze jest obserwowany tylko fragmentarycznie.

Z pewnością Szanowny Czytelnik zauważył w swoim otoczeniu, że w przeciągu roku Słońce wschodzi i zachodzi w różnych miejscach horyzontu. Na co dzień zjawisko to jest niedostrzegalne, wydaje się nam, że Słońce wschodzi z tego samego miejsca i zachodzi w tym samym miejscu po drugiej stronie nieboskłonu. Sięgając jednak pamięcią wstecz do poprzednich pór roku, zauważamy tę różnicę, że przedtem Słońce rozpoczynało lub kończyło swój bieg w miejscu znacznie odbiegającym od aktualnego.

Biorąc za punkt wyjścia powyższe spostrzeżenia, przeprowadźmy teraz całoroczną rejestrację tego zjawiska, na przykład na kliszy fotograficznej. Jeżeli zaczniemy fotografować położenie Słońca codziennie o tej samej godzinie, przez cały rok, okaże się, że Słońce wytyczyło na niebie szlak wyglądem przypominający przechyloną ósemkę. Zjawisko to nazywamy właśnie analemmą. Fotografia nr 1 przedstawia komputerową symulację owego zjawiska. Widzimy na niej położenie Słońca w odstępach tygodniowych dla przejrzystości prezentacji. Gdybyśmy dokonywali rejestracji codziennych, otrzymalibyśmy jedną żółtą wstęgę o przedstawionym kształcie.

 

Fot. 1. Położenie Słońca w ciągu roku

Analemma jako zjawisko, możliwe jest dzięki temu, iż Słońce nie porusza się po niebie jednostajnie ani w tej samej płaszczyźnie co równik ziemski. Gdyby tak było, każdego dnia o tej samej godzinie byłoby w tym samym miejscu na niebie, a my zamiast ósemki otrzymalibyśmy punkt. W rzeczywistości jednak Słońce porusza się po tak zwanej ekliptyce, czyli wielkim niewidzialnym kole nachylonym do równika pod kątem 23,5°. Spowodowane jest to tym, że oś ziemska tworzy z płaszczyzną orbity kąt 66,5°. W ciągu roku zatem kąt między płaszczyzną równika a kierunkiem na Słońce zmienia się pomiędzy wartościami 23,5° latem a -23,5° zimą. Dzięki tej właściwości na Ziemi występują pory roku i – po części – analemma.

 

Do wystąpienia pełnego zjawiska potrzebna jest druga właściwość, mianowicie fakt, iż ziemia porusza się wokół Słońca po elipsie i zimą, gdy jest bliżej Słońca, porusza się szybciej niż latem. W wyniku tego zimowa pętla analemmy jest obszerniejsza od letniej. Gdyby pozorny ruch Słońca po ekliptyce odbywał się ze stałą prędkością, wtedy wyszłaby nam idealnie symetryczna ósemka, a centralne skrzyżowanie odpowiadałoby datom obu równonocy: wiosennej (21.III.) i jesiennej (23. IX.) a wierzchołki usytuowane dokładnie nad tym skrzyżowaniem datom przesileń: letniego (22. VI.) i zimowego (22.XII.). Wygląd analemmy zależy także od szerokości geograficznej, gdyż od tej wielkości zależy ruch Słońca po niebie. Na innych planetach zjawisko to również występuje, chociaż kształt analemmy będzie odmienny, ponieważ jest on uzależniony od nachylenia orbity i stosunku długości doby do długości roku. 

Warto jeszcze wspomnieć o złamaniu symetrii lewa-prawa, czyli o wyraźnie przesuniętej osi podziału między połówkami otrzymanej ósemki (diagram poniżej). Ta okoliczność z kolei wywołana jest tym, iż chwila przesilenia zimowego (22.XII.) nie pokrywa się z chwilą przejścia Ziemi przez najbliższy Słońcu punkt orbity (ok. 4. I.).

Diagram przedstawiający zjawisko analemmy.

Fotografowanie analemmy to duże wyzwanie wymagające cierpliwości i systematyki, jednak efekt końcowy, jaki uzyskujemy, jest wyjątkowy i niecodzienny. Niewielu się na to zdobyło. Największym problemem nie jest – wbrew pozorom – długi czas realizacji projektu, tylko zmienne warunki przyrodnicze. 

Przypominamy, że za każdym razem otwieramy migawkę aparatu na tym samym kadrze błony światłoczułej (stąd też aparaty cyfrowe nie nadają się do rejestracji tego zjawiska), która rejestruje kolejne położenia Słońca, ale razem z nim uwiecznią się także wszystkie inne, odmienne od poprzednich szczegóły, takie jak, chociażby chmury czy śnieg w porze zimowej. Najlepszą propozycją jest uwiecznianie pozycji Słońca na bezchmurnym niebie bez krajobrazu, w odstępach tygodniowych, a dopiero potem, po zakończeniu projektu, uzyskaną analemmę nałożyć na rzeczywiste tło krajobrazowe letnie lub zimowe.

Ciekawie wyglądają także zbiorcze fotografie położenia innych ciał kosmicznych: Księżyca i planet, nie są może tak widowiskowe, jak analemma, ale równie ciekawe, choć o wiele trudniejsze do wykonania, zwłaszcza w amatorskich warunkach. Warto jednak spróbować swoich sił, do czego gorąco zachęcamy.

Artykuł pochodzi z mojej książki pt. "Ciekawe, niezwykłe, zastanawiające. Część 2". Zapraszam na Stronę książki.

    
Ciekawe artykuły:

• Gwiazdy- narodziny, życie i śmierć
• Jak duży jest Wszechświat?
• Kontakt z obcymi cywilizacjami
• Kosmiczna galeria
• AntyNoble - śmieszne badania naukowe

    Zapoznaj się z innymi artykułami. Przejdź do zakładki Spis artykułów.