Ziemia i Słońce
Zwrotniki
Zwrotnik Raka i Zwrotnik Koziorożca wyznaczają skrajne szerokości geograficzne, na których Słońce może znaleźć się dokładnie w zenicie w południe. Ich położenie wynika z nachylenia osi Ziemi. Nazwy pochodzą ze starożytnej astronomii.
Gdzie Słońce może znaleźć się w zenicie?
Przesuwaj suwak w ciągu roku. Żółty punkt wskazuje szerokość geograficzną, nad którą Słońce znajduje się w zenicie w południe. Punkt ten porusza się tylko między zwrotnikami.
Rysunek schematyczny; rozmiary i odległości nie są w skali.
Czym jest zwrotnik?
Słońce może znaleźć się dokładnie w zenicie w południe tylko między około 23,44° N a 23,44° S. Te dwie graniczne szerokości to zwrotniki. Na północnym zwrotniku punkt podsłoneczny osiąga najbardziej północne położenie, a na południowym - najbardziej południowe.
Cały obszar między nimi nazywany jest strefą tropikalną. Słowo pochodzi od greckiego τροπή (tropḗ), oznaczającego „zwrot” lub „odwrócenie”. τροπικός (tropikós) znaczy mniej więcej „związany ze zwrotem”. Odnosi się to do odwrócenia pozornego ruchu Słońca z północy na południe.
Tylko w tej strefie Słońce może osiągnąć zenit: raz w roku dokładnie na zwrotniku, dwa razy w roku między zwrotnikiem a równikiem. Na równiku dzieje się to w pobliżu obu równonocy. Poza tropikami Słońce nigdy nie osiąga zenitu.
Podstawową wielkością jest deklinacja Słońca δ. W ciągu roku zmienia się od około +23,44° do −23,44°. Zakres ten odpowiada nachyleniu osi Ziemi względem prostopadłej do płaszczyzny jej orbity.
Dlaczego nazywają się Raka i Koziorożca?
Nazwy są historyczne. Starożytni astronomowie znali gwiazdozbiory leżące wzdłuż rocznej drogi Słońca. Gwiazd blisko Słońca nie widać w świetle dziennym, dlatego ich położenie ustalano pośrednio, np. z obserwacji o zmierzchu i zaćmień Księżyca. Podczas północnego przesilenia Słońce znajdowało się w Raku, a podczas południowego - w Koziorożcu. Oba równoleżniki przejęły nazwy tych gwiazdozbiorów.
Słońce na tle wschodniego zodiaku
Przesuwaj datę i szerokość geograficzną. Przełącznik epoki pozwala porównać gwiazdozbiory za Słońcem dziś i około 500 r. p.n.e., dzięki czemu precesja staje się bezpośrednio widoczna.
Porównaj stan dzisiejszy z około 500 r. p.n.e.: wskutek precesji podczas przesileń za Słońcem znajdowały się inne gwiazdozbiory.
Gwiazdy bezpośrednio za Słońcem nie są oczywiście widoczne w dzień. Gwiazdozbiory pokazano w uproszczeniu, w ich położeniu względem Słońca. Widok historyczny przybliża precesję od 500 r. p.n.e.; nie odtwarza ruchów własnych gwiazd ani historycznych granic gwiazdozbiorów. Podczas dnia lub nocy polarnej w tym dniu nie ma wschodu Słońca.
Dziś przesilenia nie leżą już na tle tych samych gwiazdozbiorów. Powodem jest precesja: kierunek osi Ziemi powoli się zmienia. Pełny cykl trwa około 26 000 lat. Punkty odniesienia pór roku przesuwają się więc względem gwiaździstego nieba, podczas gdy stare nazwy pozostają.
Oś Ziemi nie wskazuje zawsze dokładnie tego samego kierunku. Bardzo powoli zatacza stożek. W rezultacie przesilenia i równonoce przesuwają się względem gwiazdozbiorów.
Skąd Grecy mogli wiedzieć o południowym zwrotniku?
Nie musieli podróżować do 23,44° S. W astronomii greckiej kulista Ziemia była ustalonym modelem już w starożytności klasycznej. Gdy zmierzono roczny ruch Słońca z północy na południe, położenie południowego zwrotnika wynikało z geometrii kuli.
W zasadzie wystarczy pionowy kij rzucający cień. Wysokość Słońca pozwala wyznaczyć jego deklinację. Jeśli podczas przesilenia zimowego deklinacja osiąga około −23,44°, tego dnia Słońce musi znajdować się w zenicie na szerokości 23,44° S - nawet jeśli obserwator mieszka daleko na północy.
Czy w ogóle mogli zobaczyć Koziorożca?
Tak. Koziorożec leży na zodiaku i jest widoczny z obszaru Morza Śródziemnego. Gdy samo Słońce znajduje się na jego tle, światło dzienne ukrywa gwiazdy, ale położenie Słońca względem pola gwiazd można wywnioskować. Hipparch wykorzystywał do tego między innymi zaćmienia Księżyca: cień Ziemi na Księżycu znajduje się dokładnie po przeciwnej stronie nieba niż Słońce.