Смена дня и ночи

Один из самых удивительных аспектов Земли, смена дня и ночи, вызвана вращением Земли, которое происходит с запада на восток вокруг оси, проходящей через Северный и Южный полюса и наклоненной на 23,5° относительно перпендикуляра к плоскости орбиты, эклиптики.

Звездные сутки и солнечные сутки

Продолжительность всего периода, определяемого как сутки, кратная единице измерения времени (секунде), может быть выражена двумя различными способами:

Звездные сутки — это интервал времени между двумя последовательными прохождениями звезды через меридиан и, следовательно, между двумя выравниваниями Земли со звездой. Они длятся 23 часа, 56 минут и 4 секунды;
Солнечные сутки — это период между двумя последовательными прохождениями Солнца через меридиан и, следовательно, между двумя выравниваниями Земли относительно него. Они длятся 24 часа.

Разница между двумя периодами является следствием одновременного орбитального движения нашей планеты вокруг Солнца, которое, совершив один оборот вокруг своей оси вращения, также сместилось вдоль своей собственной орбиты, изменив таким образом и направление своего выравнивания с Солнцем. Следовательно, чтобы снова выровняться, Земле необходимо пройти этот дополнительный участок своей орбиты, который точно соответствует видимому суточному смещению крупнейшего небесного тела. Это не относится к звездам, поскольку они находятся так далеко, что их можно считать неподвижными.

Продолжительность дня и ночи

Из-за вращения нашей планеты поверхность Земли временами освещена на 50%, а временами остается в темноте на 50%. Однако, оценивая эту характеристику, по крайней мере, в отношении продолжительности дня и ночи, мы должны также учитывать наклон оси Земли и тот факт, что она всегда остается параллельной самой себе на протяжении всего своего оборота. Каждая параллель Земли будет пересекаться по-разному линией терминатора (линией, разделяющей день и ночь) в зависимости от времени года, а следовательно, и от положения на орбите и широты.

В действительности, на экваторе (0° широты), где Солнце практически перпендикулярно горизонту, продолжительность дня и ночи будет постоянной в течение всего года; напротив, на полюсах (90° широты), где Солнце кажется параллельным горизонту, будет шесть месяцев света и шесть месяцев темноты, а на средних широтах все будет меняться пропорционально расстоянию от экватора.

Кроме того, восходя на востоке и заходя на западе, Солнце будет описывать видимое суточное движение, характеризующееся дугами различной ширины, которые, в свою очередь, будут пересекать горизонт в разных точках в зависимости от месяца. Следовательно, когда Земля находится в равноденствиях, они будут точно соответствовать сторонам света — востоку и западу, а в дни зимнего и летнего солнцестояния — смещены на 23,5° к югу и северу соответственно.

Поскольку дуга, описываемая в день летнего солнцестояния, длиннее, Солнце будет дольше оставаться над горизонтом, и, следовательно, световой день будет длиннее ночного. Естественно, в день зимнего солнцестояния ситуация будет обратной, а в дни равноденствия, когда суточная и ночная дуги равны, продолжительность дня и ночи будет одинаковой.

Однако на Земле есть места, расположенные на широтах, близких к полярным кругам, где в определенные периоды года никогда не бывает темно, небо освещается сумерками (так называемые «белые ночи»). Фактически, атмосфера Земли, благодаря своей способности рассеивать проходящие через неё лучи света, делает переход от дня к ночи постепенным, в отличие от других планет, где, в отличие от нашей, где отсутствует плотный атмосферный слой, этот переход происходит резко.