Солнцестоя́ние — астрономическое событие, момент прохождения центра Солнца через точки эклиптики, наиболее удалённые от экватора небесной сферы и называемые точками солнцестояния.

Положение Земли на орбите в моменты: летнего солнцестояния, зимнего солнцестояния, осеннего равноденствия и весеннего равноденствия

Различают зимнее и летнее солнцестояние. По всемирному времени (в других часовых поясах эти даты могут отличаться на сутки) в северном полушарии зимнее солнцестояние происходит 21 или 22 декабря, а летнее солнцестояние происходит 21 июня (в високосные годы 20 или 21 июня). В южном полушарии — наоборот, декабрьское солнцестояние оказывается летним, а июньское — зимним.

День зимнего солнцестояния является самым коротким днём (с самой длинной ночью) в году в соответствующем полушарии (кроме района полюса, где единственная ночь в году длится полгода, и зимнее солнцестояние — середина этой полярной ночи). День летнего солнцестояния является самым длинным днём (с самой короткой ночью) в году в соответствующем полушарии (кроме района полюса, где единственный световой день в году длится полгода и летнее солнцестояние — середина этого полярного дня).

В средних широтах в течение астрономической зимы и весны точка, в которой Солнце находится в полдень (точнее, в истинный полдень), ежедневно поднимается всё выше над горизонтом, а в день летнего солнцестояния «останавливается» и изменяет своё движение на обратное. Затем она каждый день опускается всё ниже, и, в конце концов, в момент зимнего солнцестояния, снова «останавливается» и начинает подниматься обратно.

Вследствие високосного сдвига даты солнцестояния в разные годы могут отличаться на 1—2 дня. Традиционно момент зимнего солнцестояния принимается за начало астрономической зимы, а момент летнего солнцестояния — за начало астрономического лета, что является следствием выбора для начала астрономической весны или осени — дня весеннего или осеннего равноденствия. Астрономическая долгота солнца в эти моменты, соответственно, 90° и 270°.

В течение нескольких дней до и после момента солнцестояния Солнце почти не меняет склонения, его полуденные высоты в небе почти неизменны (высота в течение года меняется по графику, близкому к колоколообразной вершине синусоиды); отсюда и происходит само название солнцестояния. Из наблюдений высот Солнца в период обоих солнцестояний может быть определён наклон плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора.

Обозначение точек

Точки зимнего и летнего солнцестояний обозначаются символами зодиака, соответствующими созвездиям, в которых они находились во времена Гиппарха: зимнего солнцестояния — знаком Козерога (♑), летнего солнцестояния — знаком Рака (♋). В результате предварения равноденствий эти точки сместились и ныне находятся, соответственно, в созвездиях Стрельца и Тельца, причём точка летнего солнцестояния переместилась в созвездие Тельца из созвездия Близнецов сравнительно недавно — осенью 1988 года.

Зимнее солнцестояние

Зимнее солнцестояние происходит в тот момент, когда наклон оси вращения Земли в направлении от Солнца принимает наибольшее значение. Максимальный угол наклона земной оси относительно Солнца во время солнцестояния составляет 23° 26 '.

Диаграмма сезонов в северном полушарии Земли. Крайнее правое положение: зимнее солнцестояние

Более очевидно для жителей высоких широт то, что зимнее солнцестояние приходится на самый короткий день и самую длинную ночь в году, когда высота подъёма солнца на небосклоне является самой низкой.  Поскольку зимнее солнцестояние длится только краткий момент времени, то для дня, когда это происходит, используют другие названия, например: «середина зимы», «самая длинная ночь» или «первый день зимы».

Сезонное значение зимнего солнцестояния состоит в повороте от постепенного удлинения ночи и сокращения дня к обратному направлению. В зависимости от сдвига календаря, зимнее солнцестояние происходит 21 или 22 декабря в Северном полушарии и 20 или 21 июня в Южном полушарии.

В разных культурах истолкование этого события воспринималось по-разному, но у большинства народов оно расценивалось как возрождение, в это время устраивались праздники, фестивали, встречи, ритуалы и другие торжества.

В 45 году до н. э. Юлий Цезарь в своём юлианском календаре установил для Европы 25 декабря как дату зимнего солнцестояния (лат. Bruma).

Бюст Юлия Цезаря из Национального археологического музея в Неаполе. Создан приблизительно в правление Траяна (начало II века н. э.)

С тех пор за счёт разницы между календарным годом (365.2500 дней) и тропическим годом (~365.2421897 дней) произошёл сдвиг фактического астрономического солнцестояния примерно на три дня за каждые четыре столетия, достигнув в XVI веке даты 12 декабря. В 1582 году Папа Григорий XIII решил восстановить точное соответствие между сезонами и гражданским годом, но при этом он ссылался не на эпоху римского императора, а на Никейский собор 325 года, период становления основных христианских праздников.

Григорий XIII

Таким образом, Папа аннулировал 10-дневную ошибку, накопленную за период с IV по XVI века, но не учёл 3 дня, набежавшие между I и IV веками нашей эры. Эта корректировка календаря сдвинула зимнее солнцестояние в северном полушарии примерно до 22 декабря. До сих пор в григорианском календаре солнцестояние колеблется на один или два дня, а в долгосрочной перспективе может дополнительно произойти сдвиг на один день за каждые 3000 лет.

Историческое и культурное значение

Солнцестояния, возможно, было особым моментом годового цикла, даже во времена неолита.

Неолитический знак — гозекский круг. Жёлтые линии направлены на восход и заход солнца в день зимнего солнцестояния

Астрономические события, которые с древних времён управляли спариванием животных, посевом сельскохозяйственных культур и заготовкой зимних запасов до следующего урожая, показывают, как возникли различные культурные мифы и традиции. Об этом свидетельствует планировка археологических памятников позднего неолита и бронзового века, таких как Стоунхендж в Великобритании и Ньюгрейндж в Ирландии.

Стоунхендж

Ньюгрейндж

Основные оси обоих этих памятников были тщательно выровнены по зрительной линии, указывающей восход солнца в день зимнего солнцестояния (Ньюгрейндж) и закат солнца в день зимнего солнцестояния (Стоунхендж). В отношении Стоунхенджа значительным является тот факт, что Великий Трилит повёрнут наружу от центра памятника, то есть плоская лицевая его часть обращена к середине зимы по Солнцу.

Японская Богиня Солнца Аматерасу, выходящая из пещеры

Зимнее солнцестояние было чрезвычайно важно в жизни первобытной общины, поскольку люди не были уверены в том, что они хорошо подготовились к зиме в течение предыдущих девяти месяцев, и что они смогут пережить эту зиму. Голод был распространённым явлением в зимний период, с января по апрель, этот отрезок года известен как голодные месяцы. В умеренном климате фестиваль середины зимы был последним праздником перед началом тяжёлого зимнего периода. Большая часть скота в это время забивалась, поскольку его нечем было кормить в течение зимы, поэтому время зимнего солнцестояния было единственным периодом года, когда больше всего потреблялось свежего мяса. В это время большая часть вина и пива, сделанного в течение тёплого времени года, доходила наконец до готовности, и его можно было пить. Празднества проводились не только непосредственно в этот день, они начинались в полночь или на рассвете, а чаще всего накануне.

Поскольку зимнее солнцестояние является поворотным событием в присутствии Солнца на небе, оно дало повод для повсеместного возникновения концепции рождения или возрождения богов. В культуре многих народов на основе зимнего солнцестояния основаны циклические календари, празднуется возрождающийся год, символ «новых начинаний», как, например, очищающая традиция Хогманай в Шотландии. В греческой мифологии боги и богини встречали зимнее и летнее солнцестояния, в эти дни богу Аиду разрешалось появляться на горе Олимп (его царством был подземный мир, и в любое другое время ему не полагалось оттуда выходить).

Прямое наблюдение солнцестояния любителями сложно, потому что солнце движется к точке солнцестояния довольно медленно, так что трудно определить его конкретный день, не говоря уже о его мгновении. Знание о времени происхождения события только недавно стало возможным вплоть до почти мгновения благодаря точному отслеживанию астрономических данных. Фактический момент солнцестояния невозможно обнаружить по определению (нельзя заметить, что объект перестал двигаться, можно только констатировать, что в текущем замере объект не изменил положение по сравнению с предыдущим замером, либо сдвинулся в противоположном направлении). Кроме того, чтобы определить событие с точностью до одного дня, надо уметь наблюдать изменения по азимуту и высоте меньше 1/60 углового диаметра Солнца. Аналогичное определение с точностью до двух дней легче, оно требует погрешности наблюдения всего около 1/16 углового диаметра Солнца. Таким образом, большинство наблюдений констатирует день солнцестояния, а не его мгновение. Часто это делается путём наблюдения за восходом и заходом солнца, с помощью астрономически выверенного инструмента, который обеспечивает прохождение луча света в определённую точку именно в нужный момент времени.

Восход между камнями в Стоунхендже день зимнего солнцестояния в середине 1980-х годов

Летнее солнцестояние

Летнее солнцестояние происходит в тот момент, когда наклон оси вращения Земли в направлении от Солнца принимает наименьшее значение.

Диаграмма сезонов в северном полушарии Земли. Левое верхнее положение: летнее солнцестояние

Более очевидно для жителей высоких широт то, что летнее солнцестояние приходится на самый длинный день и самую короткую ночь в году, когда высота подъёма солнца на небосклоне является самой высокой. Поскольку летнее солнцестояние длится только краткий момент времени, то для дня, когда происходит летнее солнцестояние, используют другие названия, например: «середина лета», «самый длинный день» или «первый день лета».

В зависимости от сдвига календаря, летнее солнцестояние происходит 20 или 21 июня в Северном полушарии и 21 или 22 декабря в Южном полушарии.

День широко празднуется разными народами.

Равноденствие

Равноденствие  — астрономическое явление, представляющее собой момент, когда центр Солнца в своём видимом движении по эклиптике пересекает небесный экватор.

При наблюдении Земли из космоса, в равноденствие терминатор проходит по географическим полюсам Земли и перпендикулярен земному экватору.

Небесный экватор наклонён на 23°26’ к плоскости эклиптики

Небесный экватор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в южном полюсе мира. Созвездия, через которые проходит небесный экватор, называют экваториальными.

Поскольку ось вращения Земли отклоняется от перпендикуляра к плоскости земной орбиты на 23°26’, плоскость небесного экватора наклонена на такой же угол к плоскости эклиптики. Эклиптика пересекается с небесным экватором в точках весеннего и осеннего равноденствия.

Небесный экватор — основа экваториальной системы небесных координат: от него отсчитывается склонение (аналог географической широты, отсчитываемой от земного экватора). Другая координата этой системы — прямое восхождение (аналог географической долготы) — отсчитывается от точки весеннего равноденствия.

Различают весеннее и осеннее равноденствие. По всемирному времени (в других часовых поясах эти даты могут отличаться на сутки) в северном полушарии весеннее равноденствие происходит 20 марта, когда Солнце переходит из южного полушария в северное, а осеннее равноденствие происходит 22 или 23 сентября, когда Солнце переходит из северного полушария в южное. В южном полушарии — наоборот, мартовское равноденствие считается осенним, а сентябрьское — весенним.

В дни равноденствия на всей поверхности Земли (исключая районы земных полюсов) день почти равен ночи («почти»: в дни равноденствия на всей поверхности Земли день несколько больше ночи; причинами этого являются атмосферная рефракция, которая несколько «приподнимает» солнечный диск для наблюдателя, и тот факт, что долгота дня определяется как разность между моментами захода и восхода солнца, которые, в свою очередь, определяются по положению верхнего края солнечного диска относительно горизонта, в то время как равноденствие рассматривается относительно центра  солнечного   диска). В дни равноденствия Солнце восходит почти точно на востоке (несколько севернее востока) и заходит почти точно на западе (несколько севернее запада).

В период, когда день длиннее ночи, приблизительно от весеннего до осеннего равноденствия, Солнце восходит севернее востока и заходит севернее запада (строго говоря, этот период начинается незадолго до весеннего равноденствия и оканчивается вскоре после осеннего равноденствия), а в период, когда день короче ночи, который продолжается приблизительно от осеннего до весеннего равноденствия, Солнце восходит южнее востока и заходит южнее запада (строго говоря, этот период начинается вскоре после осеннего равноденствия и оканчивается незадолго до весеннего равноденствия).

Точки пересечения небесного экватора с эклиптикой называются точками равноденствий. Из-за эллиптичности своей орбиты Земля переходит от точки осеннего равноденствия до весеннего скорее, чем от точки весеннего до точки осеннего. Вследствие прецессии земной оси взаимное расположение экватора и эклиптики медленно изменяется; это явление называется предварением равноденствий. За год положение экватора меняется так, что Солнце приходит в точку равноденствия на 20 минут 24 секунды раньше, чем Земля завершает полный оборот по орбите. В результате меняется положение равноденственных точек на небесной сфере. От точки весеннего равноденствия ведётся отсчёт прямых восхождений по небесному экватору, долгот по эклиптике. Определение положения этой фиктивной точки на небесной сфере составляет одну из главных задач практической астрономии. Точки весеннего и осеннего равноденствий обозначаются символами зодиака, соответствующими созвездиям, в которых они находились во времена Гиппарха (в результате предварения равноденствий эти точки сместились и ныне находятся, соответственно, в созвездиях Рыб и Девы): весеннего равноденствия — знаком Овна (♈), осеннего равноденствия — знаком Весов (♎).

Помимо этого, оба равноденствия являются чертой, изменяющей вектор корреляции широты с продолжительностью светового дня на противоположный. То есть в период с весеннего равноденствия по осеннее продолжительность светового дня в более северной широте превосходит таковую в более южной, а в период с осеннего по весеннее, — наоборот.

Весеннее и осеннее равноденствия считаются астрономическим началом одноимённых времён года. Промежуток между двумя одноимёнными равноденствиями называется тропическим годом, который и принят для измерения времени. Тропический год составляет приблизительно 365,2422 солнечных суток, поэтому равноденствие приходится на разное время суток, передвигаясь вперёд каждый раз почти на 6 часов. Юлианский год заключает 365¼ суток. Вставной день високосного года возвращает равноденствие на прежнее число года. Но тропический год немного меньше юлианского, и равноденствие в действительности медленно отступает по числам юлианского календаря. В григорианском же летоисчислении вследствие пропуска 3 дней в 400 лет оно почти неподвижно (григорианский год в среднем составляет 365,2425 суток).

Современный Григорианский календарь сконструирован таким образом, чтобы в долгосрочной перспективе равноденствия выпадали на одни и те же даты. Однако, небольшие колебания дат равноденствий имеют место. Самые ранние даты равноденствий приходятся на високосные годы, а самые поздние — на годы перед високосными.

За время существования Григорианского календаря рекордно ранние равноденствия случились в 1696 году: 19 марта 15 ч 5 м — весеннее и 22 сентября 3 ч 8 м — осеннее; а самые поздние в 1903 году: 21 марта 19 ч 15 м — весеннее и 24 сентября 5 ч 45 м — осеннее.

В ближайшие 100 лет самые ранние равноденствия будут в 2096 году: 19 марта 14 ч 7 м — весеннее и 21 сентября 22 ч 58 м — осеннее (что на 400 лет станет рекордом ранних равноденствий); а самые поздние в 2103 году 21 марта 6 ч 27 м — весеннее и 23 сентября 15 ч 28 м — осеннее.

Говоря о датах равноденствия, следует различать дату по всемирному времени и дату для конкретного часового пояса: если равноденствие наступило до 24:00 по всемирному времени, в странах, расположенных западнее нулевого меридиана, ещё не наступил следующий день и по местному времени там будет считаться наступление равноденствия на 1 день раньше; если равноденствие наступило позже 24:00 по всемирному времени, то в странах, расположенных восточнее нулевого меридиана, уже наступят следующие сутки и дата равноденствия будет на 1 больше.

Также нужно отметить, что по замыслу создателей Григорианского календаря «официальной» датой весеннего равноденствия считается 21 марта (буквально «12 день до апрельских календ») ибо таковая дата весеннего равноденствия была во времена Никейского собора.

Последний раз в этом веке весеннее равноденствие выпадало на 21 марта в 2007 году и далее в 21 веке будет выпадать на 20 марта или даже на 19 марта.

Народы и религии, у которых Новый год начинается в равноденствие

Иран, Афганистан, Таджикистан, Узбекистан, Туркменистан, Киргизия, Бахаи — Навруз, Азербайджан, Казахстан.

Барельеф в Персеполе — символ зороастрийского Навруза — в день весеннего равноденствия силы извечно борющихся быка, олицетворяющего Землю, и льва, олицетворяющего Солнце, равны

Високосный год

Високосный год (лат. bis sextus — «второй шестой») — год в юлианском и григорианском календарях, продолжительность которого равна 366 дням — на одни сутки больше продолжительности обычного, невисокосного года. В юлианском календаре високосным годом является каждый четвёртый год, в григорианском календаре из этого правила есть исключения.

История введения

С 1 января 45 года до н. э. римский диктатор Гай Юлий Цезарь ввёл календарь, разработанный александрийскими астрономами во главе с Созигеном, который был основан на том, что астрономический год примерно равен 365,25 суток (365 суток и 6 часов). Этот календарь был назван юлианским. Для того чтобы выровнять шестичасовое смещение, был введён високосный год. Три года считалось по 365 суток, а в каждый год, кратный четырём, добавлялись одни дополнительные сутки в феврале.

В римском календаре дни считались по отношению к последующим календам (первый день месяца), нонам (5-й или 7-й день) и идам (13-й или 15-й день месяца). Так, день 24 февраля обозначался как ante diem sextum calendas martii («шестой день перед мартовскими календами»). Цезарь постановил добавлять к февралю второй шестой (bis sextus) день перед мартовскими календами, то есть второй день 24 февраля. Февраль был выбран как последний месяц римского года. Первым високосным годом стал 45 год до н. э.

Цезарь был убит через два года после введения нового календаря, второй високосный год начался уже после его смерти. Возможно, этим объясняется тот факт, что жрецы, отвечавшие за функционирование календаря, не поняли принцип введения добавочного дня каждый четвёртый год, и вместо этого стали вводить добавочный день в феврале каждый третий год (предполагается, что они отсчитывали четвёртый от года, предшествующего високосному). В течение 36 лет после Цезаря високосным был каждый третий год, и лишь затем император Август восстановил правильный порядок следования високосных лет (а также отменил несколько последующих високосных лет, чтобы убрать накопившийся добавочный сдвиг). Из сопоставления римских и египетских датировок в папирусе, найденном в 1999 году, было установлено, что високосными годами в Риме были 44, 41, 38, 35,32, 29, 26, 23, 20, 17, 14, 11, 8 годы до н. э., 4, 8, 12 и в последующем каждый четвёртый год.

Григорианский календарь

Продолжительность тропического года (время между двумя весенними равноденствиями) составляет 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд. Различие в продолжительности тропического года и среднего юлианского календарного года (365,25 суток) составляет 11 минут 14 секунд. Из этих 11 минут и 14 секунд приблизительно за 128 лет складываются одни сутки.

По истечении нескольких столетий было замечено смещение дня весеннего равноденствия, с которым связаны церковные праздники. К XVI веку весеннее равноденствие наступало примерно на 10 суток раньше 21 марта, используемого для определения дня Пасхи.

Чтобы компенсировать накопившуюся ошибку и избежать подобного смещения в будущем, в 1582 году римский папа Григорий XIII провёл реформу календаря. Чтобы средний календарный год лучше соответствовал солнечному, было решено изменить правило високосных лет. По-прежнему високосным оставался год, номер которого кратен четырём, но исключение делалось для тех, которые были кратны 100. Такие годы были високосными только тогда, когда делились ещё и на 400.

Другими словами, год является високосным в двух случаях: либо он кратен 4, но при этом не кратен 100, либо кратен 400. Год не является високосным, если он не кратен 4, либо он кратен 100, но при этом не кратен 400.

Последние годы столетий, оканчивающиеся на два нуля, в трёх случаях из четырёх не являются високосными. Так, годы 1700, 1800 и 1900 не являются високосными, так как они кратны 100 и не кратны 400. Годы 1600 и 2000 — високосные, так как они кратны 400. Годы 2100, 2200 и 2300 — невисокосные. В високосные годы вводится дополнительный день — 29 февраля.

Последний високосный год был 2012, следующий будет 2016.

Еврейский календарь

В еврейском календаре високосным годом называют год, к которому добавляют месяц, а не день. Причина этого в том, что еврейский календарь основывается на лунном месяце, и поэтому год из двенадцати месяцев отстаёт от астрономического солнечного года примерно на 11 дней. Для приравнивания лунных лет к солнечному году введён високосный год из тринадцати месяцев. В 19-летний цикл входят 12 простых и 7 високосных лет.

Гравюра Уильяма Хогарта с лозунгом «Верните нам наши одиннадцать дней!», 1755