Pourquoi le crépuscule est-il plus long en été qu'en hiver et le plus court à l'équinoxe

J'ai récemment décidé de régler mon réveil pour me réveiller quand il fait "noir". En fin de compte, j'ai décidé de régler mon horloge au plus tôt que le lever du soleil nautique est dans mon état (Illinois) et de rester avec cela toute l'année.

En faisant des recherches pour cela, j'ai remarqué quelque chose qui m'a surpris. Découvrez cette disparité entre le lever du soleil astronomique et le lever du soleil civil pour les solstices et l'équinoxe (les deux derniers ajustés pour l'heure d'été):

Date / Astronomique / Civile / Disparité

• 20 déc .: 0533-0640 (67 minutes)
• 20 mars: 0526 - 0630 (64 minutes)
• 20 juin: 0320 - 0451 (91 minutes)

Pour être honnête, ces ensembles de gammes me surprennent pour plusieurs raisons. Je ne sais clairement pas ce que je ne sais pas, mais voici quelques questions que je peux formuler:

1. Pourquoi le crépuscule serait-il plus long en été qu'en hiver? Avant de voir ces données, j'avais supposé que puisque le soleil fait un chemin plus perpendiculaire à travers l'horizon en été, le crépuscule serait plus court en été qu'en hiver. Après tout, en hiver, le soleil emprunte un chemin "oblique" à travers l'horizon. Le parcours de l'été ne serait-il pas plus direct et donc plus rapide?
2. OK: en voyant ces preuves empiriques, je conclus que quelque chose ne va pas avec ma prémisse qui forme ma première question. Le crépuscule d'été est plus long en été qu'en hiver. Cependant, j'aurais quand même supposé que le 20 mars aurait eu un crépuscule entre les deux solstices. Mais ce n'est pas! Pourquoi l'équinoxe a-t-il le crépuscule le plus court?

Ajouté le 13/05/2014:

Je ne voulais pas laisser ma déclaration incorrecte d'origine ici sans la signaler. Comme Cheekhu le souligne ci-dessous, le soleil ne suit pas une trajectoire plus perpendiculaire en été qu'en hiver, comme je l'avais supposé et déclaré à tort ci-dessus. Voir son article pour plus de détails.

Voir ce schéma,

Maintenant, l' inclinaison semble être la même pour les solstices de juin et de décembre, n'est-ce pas? Tout d'abord, c'est une fausse conception que le Soleil se déplace plus "perpendiculairement" à l'horizon pendant les étés. Il atteint juste un point plus élevé comme vous pouvez le voir, pas que l'inclinaison soit plus.

D'où vient la disparité?

Le lever du soleil civil commence lorsque le soleil est à 6 ° sous l'horizon, le lever du soleil nautique commence lorsqu'il est à 12 ° sous l'horizon et à 18 ° pour le lever du soleil astronomique.

Ainsi, la Disparité Civile / Astronomique est due aux 12 ° d'altitude supplémentaires que le Soleil doit couvrir. Maintenant, le diagramme que j'ai publié est préférable d'expliquer le coucher du soleil, alors qu'il en soit ainsi. Il en va de même pour notre propos.

Le mouvement du soleil est uniforme le long des cercles que vous voyez. Mais ces angles qui décident de notre lever de soleil sont mesurés perpendiculairement à l'horizon, depuis le zénith. Savez-vous ce qui se passe lorsque vous projetez un mouvement circulaire le long d'une ligne droite?

C'est vrai. Vous obtenez une courbe sinusoïdale. La particularité de cette courbe est qu'elle change rapidement à certains points et lente à d'autres. Le transit est la position où le soleil est le plus haut dans le ciel. Dans la courbe d'équinoxe (comme sur la figure 1), si vous attribuez 0 ° à ce point, le soleil est à 90 ° au coucher du soleil et à -90 ° au lever du soleil. Les deux positions vous donnent le pic d'une courbe sinusoïdale et le changement est le plus faible à ce point. Cela pourrait expliquer pourquoi vous obtenez le moins de différence chez Equinox.

Maintenant, si vous considérez les courbes du solstice de juin / décembre (comme sur la figure 1), la position pour le coucher / lever du soleil est un peu à 90 °, donc le taux de changement y est plus rapide que celui de l'équinoxe.

Cela devrait expliquer pourquoi la disparité est plus grande aux solstices par rapport à l'équinoxe. Mais qu'en est-il de la différence entre le solstice de juin et de Decemeber?

Maintenant, ma chère, vous entrez dans des territoires dangereux. Permettez-moi de vous rappeler que la ligne / le plan le long duquel nous effectuons nos mesures de degrés est perpendiculaire à l'horizon. Mais le plan du mouvement circulaire est toujours en angle avec lui. Ainsi, la courbe sinusoïdale doit passer par un autre ensemble de projections avant d'obtenir la chose exacte. Sur l'équateur, la disparité entre les solstices disparaît, oui, lorsque les deux plans susmentionnés s'alignent.

Quoi qu'il en soit, j'espérais vous donner une description qualitative juste pour que vous compreniez l'essentiel. Voici les équations si vous avez besoin d'une idée mathématique

$a$

$\delta$

$\phi$

$H$$a$

Voici un graphique montrant la disparité le long de la déclinaison (-23,5 ° à + 23,5 °)

Ce n'est pas vraiment une réponse, mais plutôt une visualisation (cliquez pour la taille réelle de 1024x768) basée sur les formules de Need Simple équation for Rise, Transit et Set time - espérons que cela aide

J'ai un ami qui est professeur d'astronomie. Je l'ai dirigé vers ce post et il a partagé une réponse que je posterai en son nom au cas où cela serait utile aux autres. Son commentaire fait référence ici au premier diagramme publié par Cheeku.

Un moyen plus facile de voir cela est de regarder les cercles que le Soleil fait à différentes déclinaisons (angles nord ou sud de l'équateur). Le plus grand cercle est celui où le Soleil est à l'équateur céleste, ce qui correspond aux équinoxes. Étant donné que le Soleil doit terminer son cercle en 24 heures, quelle que soit sa taille, le mouvement quotidien du Soleil sera le plus rapide près des équinoxes et le crépuscule sera donc le plus court à ce moment-là. En comparant les deux solstices, la principale différence est qu'en été, le Soleil ne descend pas si loin sous l'horizon avant de se retourner et de commencer à se lever. Son mouvement vertical la nuit est donc très lent. Cela rend le crépuscule plus long en été.