Зимнее солнцестояние

Для земного наблюдателя орбитальное движение Земли вокруг Солнца отражается в видимом годичном движении Солнца вокруг Земли вдоль большой окружности небесной сферы, называемой эклиптикой. Плоскость земного экватора не совпадает с плоскостью орбиты Земли, а наклонена к ней под углом ε = 23°26′. Поэтому эклиптика на небе наклонена под таким же углом к плоскости небесного экватора. Когда Солнце движется по эклиптике, дважды в год она оказывается дальше всего от небесного экватора, находясь от него на угловом расстоянии 23°26′, либо в Северном, либо в Южном полушарии неба^[10][6].

Зимнее солнцестояние наступает в тот момент, когда Солнце оказывается в самой южной точке эклиптики, которая дальше всего отстоит от небесного экватора и ближе всего к Южному полюсу мира. В этот момент экваториальные координаты центра солнечного диска на небесной сфере равны: прямое восхождение α = 18^h (или 270°), склонение δ = –23°26′^[1]. Сама эта точка называется точкой зимнего солнцестояния^[3][4][5], в современную эпоху она находится в созвездии Стрелец^[11].

Во время зимнего солнцестояния Земля повёрнута к Солнцу Южным полушарием, лучи Солнца падают на Землю со стороны Южного полушария под максимальным углом к плоскости земного экватора, вследствие чего Южное полушарие освещено значительно сильнее, чем Северное, которое, напротив, повёрнуто в сторону от Солнца^[8].

Во время зимнего солнцестояния для земного наблюдателя Солнце восходит на юго-востоке, а заходит на юго-западе. Для наблюдателя, находящегося в Северном полушарии Земли, в это время наибольшая часть суточного пути Солнца находится под истинным горизонтом, а над горизонтом — минимальная часть, и Солнце поднимается ниже всего над горизонтом во время своей верхней кульминации (то есть около полудня). Поэтому во время зимнего солнцестояния в Северном полушарии наблюдаются самый короткий день и самая длинная ночь в году (в Южном полушарии — наоборот)^[9]. В момент зимнего солнцестояния происходит поворот от постепенного уменьшения продолжительности дня к её возрастанию.

В Северном полушарии максимальная высота центра солнечного диска над истинным горизонтом (в верхней кульминации) в день зимнего солнцестояния равна h = 66°34′ – φ (без учёта атмосферной рефракции), где φ — географическая широта места наблюдения. Следовательно, на широте φ = 66°34′ с. ш. в этот день высота центра Солнца равна нулю, то есть он не поднимается выше горизонта. На широтах φ > 66°34′ с. ш. высота центра Солнца отрицательна, то есть он на протяжении суток находится под горизонтом и не восходит^[9].

Во время солнцестояний (как зимнего, так и летнего) склонение Солнца меняется медленнее всего в году, а прямое восхождение — напротив, быстрее всего. Причём, во время зимнего солнцестояния склонение Солнца меняется быстрее, чем во время летнего, потому что в это время Земля находится ближе к Солнцу и быстрее движется по своей орбите^[1].

В Северном полушарии Земли момент зимнего солнцестояния считается началом астрономической зимы^[12][13].

Данное явление называется «солнцестоянием», потому что склонение Солнца в это время года меняется медленнее всего. Для земного наблюдателя это проявляется в следующем: до этого момента максимальная дневная высота Солнца над горизонтом (в момент верхней кульминации, то есть около полудня) с каждым днём уменьшается (Солнце кульминирует всё ниже и ниже), затем, во второй половине декабря, достигает минимального значения для данной широты и почти перестаёт меняться (Солнце как будто «останавливается» на несколько дней), после чего снова начинает увеличиваться^[3][2][8].

Поскольку тропический год не равен целому числу суток, в разные календарные годы солнцестояние (как зимнее, так и летнее) наступает в разное время суток и, иногда, в разные даты^[2][13]. В XXI веке зимнее солнцестояние почти всегда выпадает на 21 и 22 декабря. Только в конце века 5 раз, в 2080, 2084, 2088, 2092 и 2096 годах, выпадет на 20 декабря. На 23 декабря зимнее солнцестояние выпадало всего 1 раз в XX веке — в 1903 году. В следующий раз такое событие произойдёт лишь 4 раза в XXIV веке (ближайшая дата — 2303 год), а затем 5 раз в XXVIII веке^[7].

Непосредственные любительские наблюдения солнцестояния затруднены тем, что склонение Солнца и, как следствие, его полуденная высота в это время меняются очень медленно, вследствие чего трудно определить конкретный день данного события, не говоря уже о точном времени. Более того, солнцестояние невозможно зарегистрировать непосредственно в момент его наступления, поскольку констатация того факта, что объект перестал двигаться, возможна только после того, как при следующих наблюдениях будет обнаружено, что он не изменил своего положения. Другими словами, эмпирически определить момент солнцестояния можно только ретроспективно, при анализе накопленного массива астрономических данных.

Чтобы определить время солнцестояния с точностью до одного дня, необходимо наблюдать изменения углового положения Солнца по азимуту и высоте меньше 1/60 углового диаметра диска Солнца. Аналогичное определение с точностью до двух дней легче, поскольку требует погрешности наблюдения всего около 1/16 углового диаметра солнечного диска. Таким образом, большинство наблюдений констатирует день солнцестояния, а не его точное время. Часто это делается путём наблюдения за восходом и заходом Солнца с помощью специально настроенного инструмента, который обеспечивает прохождение луча света в определённую точку именно в нужный момент времени.

В разных культурах зимнее солнцестояние воспринималось по-разному, но у большинства народов оно толковалось как возрождение, поскольку с этого момента ночи становились короче, а дни — длиннее^[5]. В это время проводились различные праздники и торжественные ритуалы.

Солнцестояния, возможно, были особыми моментами годового цикла, даже во времена неолита. Астрономические события, которые с древних времён управляли спариванием животных, посевом сельскохозяйственных культур и заготовкой зимних запасов до следующего урожая, влияли на возникновение различных мифов и традиций. Об этом свидетельствует планировка археологических памятников позднего неолита и бронзового века, таких как Стоунхендж в Великобритании и Ньюгрейндж в Ирландии. Основные оси обоих этих памятников были тщательно выровнены по лучу зрения, указывающему на точки восхода (Ньюгрейндж) и захода (Стоунхендж) Солнца в день зимнего солнцестояния. В частности, самый высокий трилитон Стоунхенджа, его дорога и Пяточный камень выстроены вдоль линии, указывающей на точку горизонта, в которой восходит Солнце в этот день^[27][8].

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 9 месяцев, и что они смогут пережить эту зиму. Голод был распространённым явлением в зимний период, с января по апрель. В умеренном климате фестиваль середины зимы был последним праздником перед началом тяжёлого зимнего периода. Бо́льшая часть скота в это время забивалась, поскольку зимой его нечем было кормить. Поэтому именно во время зимнего солнцестояния больше всего потреблялось свежего мяса за весь год. В это время большая часть вина и пива, сделанного в течение тёплого времени года, доходила наконец до готовности, и их можно было пить. Празднества проводились не только непосредственно в этот день, они начинались в полночь или на рассвете, а чаще всего накануне^[28].

Поскольку зимнее солнцестояние является поворотным событием в присутствии Солнца на небе, оно дало повод для повсеместного возникновения концепции умирающих и воскресающих 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).