Полярный день

Возникновение полярного дня обусловлено наклоном земной оси под углом 23°26′ к перпендикуляру к плоскости земной орбиты (или под углом 66°34′ к самой плоскости). Из-за этого наклона в течение года Северное и Южное полушария получают разное количество солнечного света. Когда в Северном полушарии наступает лето, оно наклонено к Солнцу и области за Северным полярным кругом (параллель с широтой 66°34′ с. ш.) иногда в течение лета освещаются круглосуточно. В это время в противоположных областях земного шара, расположенных в Южном полушарии (которое отвёрнуто от Солнца), царит полярная ночь. Ситуация меняется на противоположную, когда Земля перемещается в противоположную точку своей орбиты и к Солнцу оказывается наклонено Южное полушарие^[3][4].

Продолжительность полярного дня увеличивается по мере приближения к полюсу. На широте полярного круга он длится всего около двух суток, поскольку Солнце не заходит лишь единожды — в день летнего солнцестояния (20 или 21 июня в Северном полушарии). На полюсах же полярный день достигает своей максимальной продолжительности — около полугода. На Северном полюсе он длится примерно 190 суток (с 19 марта по 25 сентября), а на Южном — 184 суток (с 21 сентября по 23 марта). Такое различие в продолжительности связано с тем, что Земля движется по своей эллиптической орбите с разной скоростью: когда в Северном полушарии лето, она проходит афелий (самую удалённую от Солнца точку орбиты) и движется медленнее^[5][6].

Атмосферная рефракция — преломление солнечных лучей в атмосфере — приводит к тому, что Солнце кажется расположенным выше над горизонтом, чем оно есть на самом деле. Из-за этого эффекта полярный день начинается на несколько дней раньше и заканчивается на несколько дней позже астрономических дат, а его общая продолжительность увеличивается. Благодаря рефракции, вблизи дней равноденствия Солнце может наблюдаться на обоих полюсах одновременно в течение примерно четырёх суток^[4][6].

Полярные круги — это условные линии на поверхности Земли, географические параллели, отстоящие от экватора на 66°34′. Северный полярный круг расположен в Северном полушарии, Южный — в Южном. Оба полярных круга являются границами зон полярных дней и полярных ночей. Из-за неравномерности движения Земли в космическом пространстве наблюдается медленное уменьшение наклона земной оси, и полярные круги постепенно смещаются к полюсу, всё больше удаляясь от экватора. Их географическое положение нестабильно: фактически они сдвигаются примерно на 4 сантиметра в течение суток и почти на 14,4 метра в течение года^[6].

На Земле существуют два пояса шириной 53 километра, в которых есть полярный день, но нет полярной ночи. Это связано с атмосферной рефракцией и тем, что Солнце наблюдается с поверхности не как точечный объект, а как диск. В России область к северу от полярного круга называется Заполярьем^[6].

Полярный день наблюдается на территориях, расположенных за полярными кругами. В Северном полушарии это северные части России, Норвегии, Швеции, Финляндии, Гренландии (Дания), Канады и США (Аляска). В Южном полушарии полярный круг огибает Антарктиду, где полярный день длится с сентября по март^[5][4].

Крупные российские города, в которых наблюдается полярный день, — Мурманск, Норильск, Воркута, Нарьян-Мар, Апатиты и Североморск. Продолжительность явления в них различается в зависимости от географической широты^[7][5].

Полярный день в России

Примечание: Даты начала и окончания полярного дня могут незначительно меняться в разные годы из-за особенностей календаря (високосные годы) и рельефа местности^[7][5].

Полярный день и белые ночи — родственные, но различные явления. Белые ночи наблюдаются в более низких широтах, вблизи полярных кругов с внешней стороны (в сторону экватора). Во время белых ночей Солнце опускается за горизонт, однако не уходит глубоко под него, из-за чего на небе царят сумерки, а полной темноты не наступает. При полярном дне Солнце не заходит за горизонт и светит круглосуточно^[4].

Различают три вида сумерек: гражданские (работа на открытом воздухе не требует искусственного освещения), навигационные (капитан плывущего вдоль берега корабля видит очертания предметов на берегу) и астрономические (исчезают следы зари, появляются звёзды). Белые ночи соответствуют периоду гражданских или навигационных сумерек^[8].

Постоянное дневное освещение в период полярного дня оказывает значительное влияние на биологические ритмы живых организмов, включая человека. Основным вызовом становится нарушение циркадных ритмов — внутренних «биологических часов», которые регулируют циклы сна и бодрствования. У человека это связано с подавлением выработки мелатонина, «гормона сна», синтез которого в норме происходит в темноте^[9][10].

Снижение уровня мелатонина может приводить к бессоннице, повышенной тревожности, раздражительности и снижению работоспособности. Особенно остро эти симптомы проявляются у людей, приезжающих в регионы полярного дня из средних широт. Длительное проживание в условиях постоянного света без принятия мер адаптации может увеличивать риски развития сердечно-сосудистых и эндокринных заболеваний, а также ускорять процессы старения. Исследования, проведённые среди мужчин среднего возраста в приполярных и заполярных районах Европейского Севера России, показали значительные отклонения от нормы в уровнях дофамина, тестостерона и фолликулостимулирующего гормона^[10][8].

Врачи рекомендуют жителям северных регионов в период полярного дня использовать плотные шторы (блэкаут), соблюдать строгий режим сна и бодрствования, а также включать в рацион продукты, способствующие выработке мелатонина^[9][10].

Животные, обитающие в Арктике, также адаптировались к условиям полярного дня. У многих из них наблюдается изменение суточной активности. Например, северные олени в период полярного дня теряют чётко выраженный суточный ритм и могут пастись круглосуточно, что позволяет им максимально эффективно использовать короткое арктическое лето для накопления жировых запасов^[1].

Первые упоминания о явлении, похожем на полярный день, встречаются ещё в античных источниках. Древнегреческий мыслитель Бион из Абдеры, живший в IV веке до н. э., выдвигал гипотезу о существовании областей на Земле, где день и ночь длятся по шесть месяцев. Хотя его представления были умозрительными, они свидетельствуют о раннем интересе к необычным астрономическим явлениям, связанным с высокими широтами^[11].

В России систематическое изучение полярных регионов началось в XX веке. В 1937 году начала работать первая советская научно-исследовательская экспедиция на дрейфующей станции «Северный полюс — 1». Благодаря ей учёные впервые получили достоверную информацию о природе Арктического бассейна. В память об этом событии 21 мая в России отмечается День полярника^[8].

Полярный день не является уникальным для Земли явлением. Он наблюдается на всех планетах Солнечной системы, имеющих наклон оси вращения. На Марсе, Сатурне и Нептуне, чей наклон оси сопоставим с земным, у полюсов также существуют полярные дни и ночи. На Уране, ось которого наклонена почти на 98° к плоскости орбиты, полярный день случается практически в любой точке поверхности планеты и в некоторых из них может длиться десятилетиями. В то же время на Меркурии, Венере и Юпитере, имеющих минимальный наклон оси, это явление выражено очень слабо и ограничивается небольшими участками вблизи полюсов^[11].