Внаслідок річного обертання Землі навколо Сонця в напрямі із заходу на схід нам здається, що Сонце переміщається серед зірок із заходу на схід по великому колу небесної сфери, який називається екліптикою. з періодом 1 рік. Площина екліптики (площина земної орбіти) нахилена до площини небесного (а також земного) екватора під кутом. Цей кут називають нахилом екліптики.
Положення екліптики на небесній сфері, тобто екваторіальні координати і точок екліптики і її нахил до небесного екватора визначаються з щоденних спостережень Сонця. Вимірюючи зенітне відстань (або висоту) Сонця в момент його верхньої кульмінації на одній і тій же географічній широті,
можна встановити, що відміна Сонця протягом року змінюється в межах від до. При цьому пряме сходження Сонця протягом року змінюється від до. або від до.
Розглянемо докладніше зміна координат Сонця.
Розглянемо зміну місця розташування Сонця на небі протягом року для спостерігачів, які перебувають в різних місцях на поверхні Землі.
Для спостерігача знаходиться на північному полюсі Землі. в день весняного рівнодення (21.03) Сонце робить коло по горизонту. (Нагадаємо, що на Північному полюсі землі не існує явищ сходу і заходу світил, тобто будь-який світило рухається паралельно горизонту, не перетинаючи його). Це знаменує початок полярного дня на Північному полюсі. На наступний день Сонце, трохи піднявшись по екліптиці, опише коло, паралельний горизонту, на трохи більшій висоті. З кожним днем воно буде підніматися все вище і вище. Максимальної висоти Сонце досягне в день літнього сонцестояння (22.06) -. Після цього почнеться повільне зменшення висоти. У день осіннього рівнодення (23.09) Сонце знову опиниться на небесному екваторі, який збігається з горизонтом на Північному полюсі. Зробивши прощальне коло вздовж горизонту в цей день, Сонце на півроку опускається під горизонт (під небесний екватор). Що тривав півроку полярний день завершено. Починається полярна ніч.
Для спостерігача знаходиться на північному полярному колі найбільшої висоти Сонце досягає опівдні в день літнього сонцестояння -. Опівнічна висота Сонця в цей день дорівнює 0 °, тобто Сонце в цей день не входить. Таке явище прийнято називати полярним днем.
В день зимового сонцестояння його полуденна висота мінімальна -. тобто Сонці не сходить. Це називається полярна ніч. Широта північного полярного кола - найменша в північній півкулі Землі, де спостерігаються явища полярних дня і ночі.
Для спостерігача знаходиться на північному тропіку. Сонце щодня сходить і заходить. Максимальної полуденної висоти над горизонтом Сонце досягає в день літнього сонцестояння - у цей день воно проходить точку зеніту (). Північний тропік - найпівнічніша паралель, де Сонце буває в зеніті. Мінімальна полуденна висота,. спостерігається в день зимового сонцестояння.
Для спостерігача знаходиться на екваторі. абсолютно все світила заходять і сходять. При цьому будь-який світило, в тому числі і Сонце, рівно 12 годин проводять над горизонтом і 12 годин - під горизонтом. Це означає, що тривалість дня завжди дорівнює тривалості ночі - по 12 годин. Двічі на рік - в дні рівнодення - полуденна висота Сонця стає 90 °, тобто проходить через точку зеніту.
Отже, сформулюємо наступні астрономічні ознаки теплових поясів:
1. У холодних поясах (від полярних кіл до полюсів Землі) Сонце може бути і незахідним, і невисхідні світилом. Полярний день і полярна ніч можуть тривати від 24 годин (на північному і південному полярних колах) до півроку (на північному і південному полюсах Землі).
2. У помірних поясах (від північного і південного тропіків до північного і південного полярних кіл) Сонце щодня сходить і заходить, але ніколи не буває в зеніті. Влітку день довший ночі, а взимку - навпаки.
3. У жаркому поясі (від північного тропіка до південного тропіка) Сонце завжди сходить і заходить. В зеніті Сонце буває від одного разу - на північному і південному тропіках, до двох разів - на інших широтах пояса.
Регулярна зміна пір року на Землі є наслідком трьох причин: річного обертання Землі навколо Сонця, нахилу земної осі до площини земної орбіти (площини екліптики) і збереження земною віссю свого напрямку в просторі протягом тривалих проміжків часу. Завдяки спільній дії цих трьох причин відбувається видиме річне рух Сонця по екліптиці, нахиленій до небесного екватора, і тому положення добового шляху Сонця над горизонтом різних місць земної поверхні протягом року змінюється, а отже, змінюються умови їх освітлення і обігрівання Сонцем.
Неоднакове обігрівання Сонцем областей земної поверхні з різною географічною широтою (або цих же областей в різні пори року) легко з'ясовується простим підрахунком. Позначимо через кількість тепла, переданого одиниці площі земної поверхні прямовисно падають сонячними променями (Сонце в зеніті). Тоді при іншому зенітному відстані Сонця та ж одиниця площі отримає кількість тепла
Підставляючи в цю формулу значення Сонця в істинний полудень різних днів року і ділячи отримані рівності друг на друга, можна знайти відношення кількості тепла, одержуваного від Сонця опівдні в ці дні року.
1. Обчислити нахил екліптики і визначити екваторіальні і екліптичні координати її основних точок по виміряним зенітному відстані. Сонця у верхній кульмінації в дні сонцестоянь:
2. Визначити спосіб видимого річного шляху Сонця до небесного екватора на планетах Марс, Юпітер і Уран.
3. Визначити спосіб екліптики близько 3000 років тому, якщо за спостереженнями в ту епоху в деякому місці північної півкулі Землі полуденна висота Сонця в день літнього сонцестояння дорівнювала + 63 # 12331; 48 # 697 ;, а в день зимового сонцестояння + 16 # 12331; 00 # 697; на південь від зеніту.
4. По картах зоряного атласу академіка А.А. Михайлова встановити назви і кордони зодіакальних сузір'їв, вказати ті з них, в яких знаходяться основні точки екліптики, і визначити середню тривалість переміщення Сонця на тлі кожного зодіакального сузір'я.
5. За рухомий карті зоряного неба визначити азимути точок і моменти часу сходу і заходу Сонця, а також приблизну тривалість дня і ночі на географічній широті Стерлитамака в дні рівнодення і сонцестояння.
6. Обчислити для днів рівнодення і сонцестояння полуденну і опівнічних висоту Сонця в: 1) Москві; 2) Твері; 3) Казані; 4) Омську; 5) Новосибірську; 6) Смоленську; 7) Красноярську; 8) Волгограді.