Trưa mặt trời: thời gian vượt qua kinh tuyến so với thời gian độ cao tối đa

Theo đoạn đầu tiên của Noon trang Wikipedia, trưa mặt trời là thời điểm khi mặt trời đi qua kinh tuyến và là điểm cao nhất của nó trên bầu trời. Từ ngữ ở đó cho thấy rằng có một danh tính chính xác giữa thời gian giao thoa kinh tuyến mặt trời và thời gian nâng cao tối đa mặt trời vào một ngày nhất định. Tuy nhiên, sau đó trong cùng một bài viết trong phần Buổi trưa mặt trời, nó nói rằng,

Buổi trưa mặt trời là thời điểm Mặt trời đi qua kinh tuyến thiên thể - gần như là thời điểm nó cao nhất trên đường chân trời vào ngày đó.

(Nhấn mạnh của tôi)

Việc sử dụng từ "đại khái" thực sự làm tôi ngạc nhiên. Tôi rất ấn tượng rằng những thời điểm này nhất thiết phải bằng nhau cho các vùng cực. Tôi có sai và thiếu một cái gì đó không, hay bài viết wiki chỉ được nói kém?

Có một vài điều bạn phải suy nghĩ để hiểu vấn đề trong tay. Đầu tiên là có ba hệ thống tọa độ đang chơi. Đầu tiên là hệ tọa độ thiên thể, là hệ tọa độ dựa trên vĩ độ và kinh độ của Trái đất (đường xích đạo thiên thể là đường xích đạo của Trái đất được phóng ra ngoài không gian). Xem bài này .

Hệ tọa độ thứ hai là hệ mặt trời: Mặt phẳng của hệ mặt trời (chứa mặt trời và các hành tinh, và vạch ra một đường trên bầu trời gọi là nhật thực ). Bây giờ do độ nghiêng của trục Trái đất so với vectơ bình thường của mặt phẳng của hệ mặt trời, đường xích đạo thiên thể không giống như đường hoàng đạo. Hơn nữa, vị trí tương đối của đường hoàng đạo và đường xích đạo thay đổi trong suốt quá trình của năm.

Cuối cùng, có hệ tọa độ cao / góc phương vị bị khóa đối với người quan sát. Các thiên đỉnh (điểm mà tất cả các chân trời đều tương đương với điểm bạn đang nhìn) là$+90^{\circ}$ ở độ cao và là một điểm suy biến trong góc phương vị, và tất cả các chân trời đều $0^{\circ}$ độ cao nhưng nằm trên một vòng cung phương vị độc đáo xuất phát từ thiên đỉnh và giao nhau với đường chân trời.

Dưới đây là sơ đồ cho thấy mối quan hệ giữa hai hệ tọa độ đầu tiên, hệ tọa độ thiên thể và hệ tọa độ của hệ mặt trời.

Tại sao tất cả những điều này quan trọng cho câu hỏi bạn đã hỏi? Đó là bởi vì khi bạn nhìn do Đông và do Tây, bạn đang nhìn$0^{\circ}$sự suy giảm (đường xích đạo thiên thể giao với đường chân trời chính xác do Đông và do Tây) trong khi đường hoàng đạo giao với đường chân trời ở các điểm khác nhau. Những điểm này thay đổi trong suốt cả năm do vị trí tương đối của hoàng đạo thay đổi đối với đường xích đạo trên trời. Bây giờ, lượng mặt trời di chuyển trên hoàng đạo trong khoảng thời gian 24 giờ là$0.9856^{\circ}$ ($360^{\circ}/365.25 \text{ days}$; thực sự tôi có thể muốn sử dụng một ngày thiên văn ở đây nhưng dù sao đó là về một mức độ).

Do đó, có khả năng có thêm một chút độ cao mà mặt trời có thể di chuyển trong suốt một ngày (vì đường đi của hoàng đạo không thẳng hàng với hệ tọa độ thiên thể, cũng không thẳng hàng với hệ tọa độ alt / az cục bộ của người quan sát, trừ khi bạn ở cực bắc hoặc cực nam, trong trường hợp đó hệ tọa độ alt / az cục bộ của bạn giống với hệ tọa độ thiên thể, tuy nhiên cả hai vẫn không khớp với hệ tọa độ của hệ mặt trời). Tôi nghĩ rằng từ "gần đúng" cần phải có.

Tất cả đã nói, cá nhân tôi không biết làm thế nào để định lượng thêm một chút độ cao mà mặt trời có thể thu được từ sự lệch của đường hoàng đạo với các đường có độ cao không đổi và từ chuyển động của mặt trời dọc theo đường hoàng đạo, nhưng tôi sẽ hoan nghênh các tài liệu tham khảo và tính toán từ người khác Mọi người. Thêm một chút có thể không phải là một con số thực sự nhỏ. Nói cách khác, bạn có thể muốn xem tốc độ thay đổi độ cao của mặt trời tại thời điểm đó thay đổi như thế nào do sự quay của Trái đất và cách nó có thể so sánh với tốc độ thay đổi độ cao do chuyển động của mặt trời dọc theo hoàng đạo.

EDIT: Tôi cũng chỉ nhìn để xem hình thái hoàng đạo trông như thế nào trên bầu trời (như nhìn từ Philadelphia), và nó so sánh với hệ tọa độ alt / az địa phương như thế nào. Dưới đây là một hình ảnh với tất cả các hệ tọa độ có mặt để cố gắng minh họa điểm tôi đang cố gắng thực hiện.

Đường màu xanh lá cây là đường kinh tuyến, đường màu cam (ish) là tọa độ alt / az, đường màu xanh là đường xích đạo thiên thể và đường màu đỏ là đường đi của hoàng đạo. Hy vọng bạn có thể làm điều này đủ tốt.