Mengapa senja lebih lama di musim panas daripada musim dingin dan terpendek di equinox

Baru-baru ini saya memutuskan untuk mengatur jam alarm saya untuk membangunkan saya ketika sudah "gelap". Pada akhirnya, saya memutuskan untuk menyetel jam saya ke waktu paling awal bahwa matahari terbit di negara bagian saya (Illinois) dan tetap menggunakannya sepanjang tahun.

Saat melakukan penelitian untuk ini, saya perhatikan sesuatu yang mengejutkan saya. Lihatlah perbedaan antara matahari terbit astronomis dengan matahari terbit sipil untuk soltis dan ekuinoks (dua yang terakhir disesuaikan untuk waktu musim panas):

Tanggal / Astronomi / Sipil / Disparitas

• 20 Des 0533 - 0640 (67 menit)
• 20 Maret 0526 - 0630 (64 menit)
• 20 Juni: 0320 - 0451 (91 menit)

Sejujurnya, rangkaian rentang ini mengejutkan saya karena berbagai alasan. Saya jelas tidak tahu apa yang tidak saya ketahui, tetapi berikut adalah beberapa pertanyaan yang dapat saya rumuskan:

1. Mengapa senja lebih panjang di musim panas daripada musim dingin? Sebelum melihat data ini, saya berasumsi bahwa karena matahari membuat jalur yang lebih tegak lurus melalui cakrawala di musim panas, senja akan lebih pendek di musim panas daripada di musim dingin. Lagi pula, di musim dingin matahari mengambil jalur "miring" melintasi cakrawala. Bukankah jalur musim panas lebih langsung dan karena itu lebih cepat?
2. OK: melihat bukti empiris ini saya menyimpulkan bahwa ada sesuatu yang salah dengan premis saya yang membentuk pertanyaan pertama saya. Senja musim panas lebih panjang di musim panas daripada musim dingin. Namun, saya masih akan berasumsi bahwa 20 Maret akan memiliki panjang senja di antara dua soltis. Tapi ternyata tidak! Mengapa titik balik matahari memiliki senja terpendek?

Ditambahkan 5/13/2014:

Saya tidak ingin meninggalkan pernyataan salah saya yang asli di sini tanpa memberinya tanda. Seperti yang ditunjukkan Cheekhu di bawah, matahari tidak mengikuti jalur yang lebih tegak lurus di musim panas daripada musim dingin, seperti yang telah saya duga dan nyatakan secara keliru di atas. Lihat postingnya untuk lebih jelasnya.

Lihat diagram ini,

Sekarang, kemiringan tampaknya sama untuk Juni dan Desember Solstices, bukan? Hal pertama, itu adalah konsepsi yang salah bahwa Sun melakukan perjalanan lebih "tegak lurus" ke cakrawala di musim panas. Ini hanya mencapai titik yang lebih tinggi seperti yang Anda lihat, bukan karena kemiringannya lebih.

Di mana perbedaan itu masuk?

Civil Sunrise dimulai ketika Matahari berada 6 ° di bawah horizon, Nautical Sunrise dimulai ketika 12 ° di bawah horizon dan 18 ° untuk Astronomical Sunrise.

Jadi, Disparitas Sipil / Astronomi disebabkan oleh ketinggian 12 ° tambahan yang harus ditutupi Matahari. Sekarang, diagram yang saya posting lebih baik untuk menjelaskan matahari terbenam, jadi biarlah seperti itu. Itu sama untuk tujuan kita.

Gerakan matahari seragam di sepanjang lingkaran yang Anda lihat. Tetapi sudut-sudut yang menentukan matahari terbit ini diukur tegak lurus terhadap cakrawala, dari puncak. Apakah Anda menyadari apa yang terjadi ketika Anda memproyeksikan gerakan melingkar di sepanjang garis lurus?

Betul. Anda mendapatkan kurva sinusoidal. Hal khusus tentang kurva ini adalah perubahannya cepat di beberapa titik dan lambat di titik lainnya. Transit adalah posisi ketika Matahari tertinggi di langit. Dalam kurva untuk ekuinoks (seperti pada Gambar 1), jika Anda menetapkan 0 ° ke titik itu, Matahari berada pada 90 ° saat matahari terbenam dan -90 ° saat matahari terbit. Kedua posisi memberi Anda puncak kurva sinus dan perubahan terendah pada titik itu. Itu mungkin menjelaskan mengapa Anda mendapat sedikit perbedaan di Equinox.

Sekarang, jika Anda mempertimbangkan kurva untuk titik balik matahari Juni / Desember (seperti pada Gambar 1), posisi untuk matahari terbenam / matahari terbit sedikit di atas 90 °, maka laju perubahan lebih cepat di sana dibandingkan dengan ekuinoks.

Itu harus menjelaskan mengapa perbedaan lebih besar pada titik balik matahari dibandingkan dengan titik balik. Tetapi bagaimana dengan perbedaan Juni dan titik balik matahari Decemeber?

Sekarang, sayangku, Anda memasuki wilayah berbahaya. Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa garis / bidang di mana kami membuat pengukuran derajat kami adalah tegak lurus terhadap horizon. Namun bidang gerak melingkar masih menyudutnya. Jadi, kurva sinusoidal harus melalui serangkaian proyeksi sebelum Anda mendapatkan hal yang tepat. Di Equator, perbedaan antara soltis lenyap, ya, ketika dua pesawat yang disebutkan di atas sejajar.

Ngomong-ngomong, saya berharap memberi Anda deskripsi kualitatif agar Anda mendapatkan intinya. Berikut adalah persamaan jika Anda memerlukan ide matematika

$a$

$\delta$

$\phi$

$H$$a$

Berikut ini adalah grafik yang menunjukkan perbedaan sepanjang deklinasi (-23,5 ° hingga + 23,5 °)

Ini sebenarnya bukan jawaban, tetapi lebih dari visualisasi (klik untuk ukuran penuh 1024x768) berdasarkan rumus dari persamaan Need Simple untuk Naik, Transit, dan Tetapkan waktu - harap ini membantu

Saya punya teman yang adalah profesor astronomi. Saya mengarahkannya ke posting ini dan dia membagikan jawaban yang akan saya posting atas namanya jika itu bermanfaat bagi orang lain. Komentarnya di sini merujuk pada diagram pertama yang diposting oleh Cheeku.

Cara yang lebih mudah untuk melihat ini adalah dengan melihat lingkaran yang dibuat Matahari pada deklinasi berbeda (sudut utara atau selatan khatulistiwa). Lingkaran terbesar adalah ketika Matahari berada di ekuator langit, yang sesuai dengan ekuinoks. Karena Matahari perlu menyelesaikan lingkarannya dalam 24 jam terlepas dari seberapa besar lingkarannya, gerakan harian Matahari akan menjadi tercepat di dekat titik balik dan dengan begitu senja akan menjadi yang terpendek saat itu. Membandingkan dua soltis, perbedaan utama adalah bahwa di musim panas Matahari tidak sampai sejauh itu di bawah cakrawala sebelum berbalik dan mulai naik. Gerakan vertikal di malam hari sangat lambat. Itu membuat senja terpanjang di musim panas.