Почему в Мурманске полярная ночь короче, чем в Норильске

Геометрическая связь между широтой и темнотой

Земная ось наклонена к плоскости орбиты примерно на 66°33′, если отсчитывать угол от плоскости эклиптики, или на 23°27′ от перпендикуляра к ней. Из-за этого постоянного наклона северное полушарие зимой оказывается отвернуто от Солнца. Граница, за которой светило хотя бы раз в году не поднимается из-за горизонта в полдень, называется Северным полярным кругом. Он проходит на широте около 66°33′ северной широты.

На самом полярном круге ночь длится ровно одни сутки в день зимнего солнцестояния, 21 или 22 декабря. По мере движения на север расчетная область затенения расширяется. Чем выше широта наблюдателя, тем глубже точка наблюдения погружается под плоскость горизонта относительно лучей Солнца при суточном вращении Земли.

На Северном полюсе с широтой 90° полярная ночь продолжается почти полгода. Между полярным кругом и полюсом существует непрерывный градиент. Каждый километр смещения к северу увеличивает число суток, в течение которых верхний край солнечного диска физически не может показаться из-за горизонта.

Как наклон оси определяет график движения светила

В течение года прямое склонение Солнца постоянно меняется. В день осеннего равноденствия оно равно 0°, а к моменту зимнего солнцестояния падает до минимума, составляющего около -23°27′. Чтобы в конкретной точке наступила полярная ночь, полуденная высота Солнца должна опуститься ниже нуля градусов.

Полуденная высота светила рассчитывается по простой тригонометрической формуле h = 90° - широта места + склонение Солнца. Полярная ночь фиксируется в момент, когда даже при максимальном подъеме в полдень Солнце полностью скрыто за горизонтом с учетом его углового радиуса и преломления света в воздухе.

В Норильске из-за большей широты критическая граница отрицательного склонения проходится раньше по календарю. Городу требуется меньшее падение склонения светила, чтобы оно перестало восходить. В Мурманске, расположенном южнее, склонение Солнца должно упасть сильнее, поэтому полярная ночь наступает на двое суток позже, а заканчивается на двое суток раньше.

Роль атмосферной рефракции и рельефа

Атмосфера Земли работает как гигантская оптическая линза. Лучи света искривляются в плотных слоях воздуха, приподнимая видимое изображение диска примерно на 35 угловых минут у самой линии горизонта. Это явление называют атмосферной рефракцией.

Если бы атмосферы не было, полярная ночь наступала бы на широте 67°24′ и длилась заметно дольше. Рефракция сдвигает видимую границу полярного круга к северу примерно на 50 километров. Она сокращает календарную темноту для обоих городов, но геометрическая разница между параллелями остается неизменной.

Локальный рельеф тоже вносит коррективы для наблюдателя на земле. Если горизонт на юге закрыт сопками или отрогами плато Путорана, реальный восход солнца после завершения полярной ночи задерживается еще на пару суток. В Мурманске сопки на южной стороне также могут скрывать первые лучи, но в официальных астрономических календарях всегда указывают расчет по идеальному морскому горизонту.

Освещенность во время полярной ночи

Полярная ночь редко представляет собой круглые сутки кромешной тьмы на этих широтах. В полдень светило подходит близко к горизонту снизу, поэтому наступает период гражданских сумерек. Гражданские сумерки длятся, пока Солнце находится под горизонтом на глубине не более 6°.

В Мурманске даже 22 декабря сумеречный свет в середине дня сохраняется на протяжении полутора-двух часов. В это время на улице можно читать без фонаря при чистом небе. В Норильске полуденное погружение Солнца глубже, поэтому продолжительность светлых сумерек в пик зимы заметно меньше, а световой день ощущается куда более мрачным.