Det är konstigt men sant. Vi kanske inte helt förstår en av de enklaste mätvärdena i observations astronomi: precis vilken tid stiger solen ... egentligen?
Det är något så grundläggande att vi sällan säger något om det. Varje morgon springer soluppgången mot oss från öster upp till (om du är på ekvatorn) över 1 000 mil per timme (1 600 km / h) och kommer att göra det i tiotusentals morgnar under våra liv. Om det är en sak du tror att du kan räkna med är det morgonsoluppgången.
Nu, en Michigan Tech-analys av US Naval Observatory's Teresa Wilson antyder att traditionella metoder och almanackar kan sätta upp den citerade soluppgången och solnedgången med så mycket som 5 minuter. Wilson meddelade resultaten av den fascinerande studien den 8 januarith möte i American Astronomical Society i Seattle.
Problemet är en brytning. Om vi levde på ett luftfritt ord, skulle det beräknade och observerade soluppgången vara lätt ... men som luftandningsande däggdjur skulle vi ha andra problem att möta. Luft böjer ljus, vilket innebär att vi ser solen något förskjutna från dess verkliga läge vid horisonten på grund av atmosfären. Tillsammans med månen är solen ett av de få himmelsföremål som är stora och tillräckligt nära för att framstå som en ljuspunkt för det blotta ögat. Precis som månen är solens uppenbara diameter ungefär en halv grad över, vilket innebär att du kan fodra den lokala horisonten med 720 solar från slut till slut, eller 180 solar från horisont till topp. Storleken förändras också mycket lite från perihelion i januari till aphelion i juli, eftersom solen verkar växa och krympa sedan från ett värde av 31,6 ′ 32,7 ′ bågminuter.
De flesta beräkningar antar lokal soluppgång och solnedgång som när mitten av solskivan rensar horisonten. Naturligtvis är din faktiska horisont trasslig med förgrundsobjekt som solen behöver rensa om du inte bor på en avlägsen bergstopp eller har turen att se soluppgången och solnedgången från stranden.
De flesta vanliga soluppgångsberäkningar antar en brytningsvinkel på 34 ′ bågminuter, lite större än solens uppenbara diameter. Wilson konstaterar i studien att detta värde citeras så långt tillbaka som 1865, och dess användning kan gå hela vägen tillbaka till den 17th århundradet mästare i optik, Isaac Newton. Detta värde är emellertid en approximation och står inte för lokala meteorologiska förhållanden. Luften uppför sig väldigt annorlunda, säg, på en fortfarande januari morgon över de stora sjöarna kontra en het dammig juli morgon utanför Afrikas västkust. Men helt enkelt att använda ett standardvärde antar att de verkliga förhållandena på dessa olikt olika platser är desamma.
Wilsons studie tittade på historiska records av 514 solnedgångar och 251 soluppgångar från 30 separata geografiska platser. De flesta av dessa (cirka 600) kom med väderdata för webbplatsen, som Wilson sedan matade in i tre separata brytningsmodeller.
Wilson fann att soluppgången och solnedgången varierade efter säsong, men vintertidsprognosen tenderade att köra sent, medan sommarsprognoserna gick tidigt. Att se soluppgång över vatten tycktes förstärka effekten, men med hänsyn till observatörens höjd dämpade avvikelsen.
Att modellera den komplexa effekten av vädret i troposfären gjorde dessutom inte att skillnaden försvann. Wilson fann att med den nuvarande standarden på 34 ′ kan vi inte förutsäga den faktiska soluppgångstiden till bättre än inom två minuter.
Varför spelar det någon roll? Wilson konstaterar att en minut av felmätning av soluppgång till sjöss med himmelsk navigering kan leda till upp till 15 nautiska mil av fel. Detta är avgörande, eftersom den amerikanska marinen har återupptagit att lära kadetter himmelnavigering i gamla skolan, i händelse av att en cyberattack förblindar GPS-kapacitet. För närvarande är vår tid inställd på astronomisk tid, även om det har funnits uppmaningar att flytta sig bort från denna standard och avskaffa borttagningen och infogningen av språngsekunder från 2023. Jag tror att den riktigt fascinerande historien här är faktum att vetenskapen kring denna grundläggande aspekt av astronomi är något som verkligen vem som helst kunde ha gjort, hade de helt enkelt tänkt göra det.
Lösningen? Kanske smarta prognoser kan fungera för att ta hänsyn till lokala atmosfäriska förhållanden och ge observatörerna en bättre prognos för soluppgång och solnedgång.
... och solen kommer att fortsätta att stiga och gå ner varje dag.
