22 декабря 2019 года — день зимнего солнцестояния

Поздние рассветы, короткие дни и долгие, почти бесконечные ночи — все это декабрь, последний и самый темный месяц года. В декабре продолжительность светового дня изменяется незначительно: первую половину месяца он продолжает укорачиваться (буквально на какие-то секунды каждые сутки), но к середине декабря почти останавливается. И вот, наконец, 21 или 22 числа наступает самый короткий день в году. Мы называем его днем зимнего солнцестояния.

На самом деле солнцестояние — это не день, а момент. Так, зимнее солнцестояние — это момент, когда Солнце, двигаясь на фоне созвездий, достигает самой южной точки своего пути относительно небесного полюса. Находится эта точка в созвездии Стрельца. Именно потому, что солнцестояние — это момент, его наступление можно указать с высокой точностью. Например, в 2019 году зимнее солнцестояние наступает 22 декабря в 4 часа 19 минут по всемирному времени или в 7 часов 19 минут по московскому.

В зимнее солнцестояние световой день имеет минимальную продолжительность, а Солнце в полдень находится ниже над горизонтом, чем в другие дни (за Полярным кругом оно вообще не поднимается). Фото: Cameron Nawalaniec

Момент зимнего солнцестояния отмечает наступление астрономической зимы в северном полушарии Земли. (В южном, наоборот, наступает лето!) Парадоксально, но во время зимы световой день увеличивается: солнце в это время поднимается от самой южной точки своей траектории до небесного экватора. Астрономическая зима закончится, когда наше дневное светило достигнет небесного экватора — наступит момент весеннего равноденствия. В момент равноденствия Солнце одинаково освещает оба полушария Земли, находясь напротив ее экватора, и потому продолжительность дня и ночи становятся равны между собой в любой точке нашей планеты.

А вот еще любопытный факт, связанный с временами года: хотя на севере России холодное время по факту может длится очень долго, с астрономической точки зрения зима — самый короткий сезон. В самом деле: зима длится от зимнего солнцестояния до весеннего равноденствия, которое наступает 20 или 21 марта. Всего получается 89 дней, меньше трех полных месяцев!

А какой сезон самый длинный?

Вот продолжительность сезонов в этом году:

• Зима (от декабрьского солнцестояния до равноденствия в марте): 88,99 сут.
• Весна (от весеннего равноденствия в марте до июньского солнцестояния): 92,76 сут.
• Лето (от июньского солнцестояния до сентябрьского равноденствия): 93,65 сут.
• Осень (от сентябрьского равноденствия до декабрьского солнцестояния): 89,84 сут.

Как видим, лето является самым продолжительным сезоном года — оно почти на 5 суток длиннее зимы!

Почему зима столь коротка?

Очевидно, потому что Солнце движется по небу неравномерно — зимой быстрее, а летом медленнее. Почему так? Вспомним, что движение Солнца на фоне звезд — явление кажущееся; это всего-навсего отражение движения Земли по орбите вокруг Солнца.

Орбита Земли похожа на круг. Но все же это не круг, а эллипс. Следовательно, в какие-то моменты времени наша планета находится ближе к звезде, а в другие — дальше. Как ни странно, именно сейчас Земля находится ближе к Солнцу, чем в любое другое время в году! (Точку перигелия мы пройдем 4 января.) А раз планета находится ближе к Солнцу, значит движется по орбите быстрее, чем летом (Солнце притягивает сильнее).

Продолжительность астрономических времен года зависит от моментов пересечения Землей особых точек своей орбиты. Расстояние от осеннего равноденствия до весеннего короче, чем от весеннего до осеннего. Кроме того, в это время планета движется быстрее, так как находится ближе к Солнцу. Рисунок: promenade.imcce.fr / Е. Золотавкин

Но это только один момент. Второй заключается в том, что расстояние, которое нужно пройти Земле от осеннего равноденствия до весеннего само по себе короче! И опять-таки потому, что орбита нашей планеты не круг, а эллипс!

Длительность времен года медленно изменяется с течением времени. На этом рисунке красной линией отмечена длина лета в северном полушарии Земли, зеленой — длина весны, коричневой — продолжительность осени, а синей — зимы. По оси Х отложены столетия, по оси Y — время в сутках. Источник: Университет Торонто

Продолжительность сезонов может немного варьироваться. В настоящее время длительность лета и осени увеличивается, а длительность зимы и весны — уменьшается. Как результат, около 3500 года зима станет короче почти на 7 часов: она продлится 88,71 суток против теперешних 88,99.

Эти вариации связаны с тонкими и сложными моментами движения небесных тел: как с прецессией точки перигелия орбиты Земли вокруг Солнца, так и с поведением самого Солнца, которое покачивается вокруг общего центра масс Солнечной системы.

Возможно, для нас, северных жителей, это слабое утешение — знать, что зима на 5 суток короче лета, ведь на температуре это особо не сказывается. Зато приятно осознавать, что «длинных» дней у нас больше, чем «длинных» ночей и темное время года в целом короче!