ZACHÓD NA OKRĄGŁO

10 grudnia nz.r. 2018 w audycji „Pytania z Kosmosu” dostępnej pod adresem:

http://www.polskieradio.pl/9/5364/Artykul/2229262,Z-jaka-predkoscia-trzeba-plynac-by-stale-widziec-zachod-slonca

padło pytanie od słuchaczki, która zastanawiała się

Z jaką prędkością musiałaby płynąć jachtem, żeby mieć zachód Słońca na okrągło?

Dr Rożek podał prędkość liniową punktu na równiku obracającej się Ziemi, po czym dodał:

Im bardziej na północ i im bardziej na południe się przesuwamy, tym ta prędkość jest mniejsza, w efekcie na samym biegunie ta prędkość liniowa wynosi 0 km/h.

 Po opisaniu problemów z żeglowaniem na obszarach podbiegunowych oraz innych ofert pozwalających na kilkukrotną obserwację zachodu Słońca powiedział:

Natomiast można, zostając dalej przy zachodzie Słońca albo przy wschodzie Słońca, można spokojnie wybrać sobie takie miejsce na Ziemi, w którym dłuższy czas Słońce jest tak prawie że jest na zachodzie, czy prawie że jest nad widnokręgiem, troszeczkę się tylko unosi, troszeczkę opada, to jest gdzieś na dalekiej północy, gdzie rzeczywiście przez dłuższy czas można obserwować zachód Słońca non stop.

 nie podając jednak szczegółów dotyczących ani miejsca, ani tego ile może wynosić ów „dłuższy czas”.

A szkoda, bo temat jest bardzo ciekawy. Na podobne pytanie:

Jak długo moglibyśmy obserwować zachód Słońca, prowadząc samochód, przy założeniu, że będziemy przestrzegać ograniczeń prędkości i jechać po utwardzonych drogach?

odpowiedział Randal Munroe w książce „What if? A co, gdyby?” oraz tutaj:

http://what-if.xkcd.com/42/

 My jednak zajmiemy się jachtem.

 Póki co warunki do żeglugi na Morzu Arktycznym są faktycznie fatalne, niestety od początku ery przemysłowej trwają wysiłki ludzkości do zmiany takiego stanu rzeczy. Miejsca, w których można obserwować najdłuższe zachody Słońca to bieguny geograficzne. Zdarzają się one tam raz w roku, w czasie równonocy jesiennej, a zarazem końca dnia polarnego i początku nocy polarnej.

Jeśli interesuje nas nie tylko moment schowania się tarczy słonecznej za horyzontem ale cały czas, kiedy jest ona częściowo przysłonięta, to możemy go tam obserwować przez kilkadziesiąt godzin. Obserwowane Słońce będzie się w tym czasie „ślizgało” po horyzoncie wokół nas. Jeśli zatem o to chodziło słuchaczce pytającej o zachód Słońca „na okrągło”, to powinna się czuć usatysfakcjonowana.
Tyle możemy zobaczyć z jachtu na kotwicy (o ile mamy łańcuch o długości 4km, a lepiej 3 takie łańcuchy). A co, jeśli byśmy spróbowali gonić króliczka? I tu niespodzianka – jeśli będziemy płynąć w kierunku zachodzącego na południu (!) Słońca, to dosyć szybko nam ucieknie. Należy płynąć za zachód z leciutkim odchyleniem na południe tak, żeby mieć Słońce cały czas za lewą burtą.

To nawet lepiej, bo na większości jachtów wzdłuż burty zmieści się więcej chętnych do obserwacji, niż na dziobie. Oddalając się spiralnie od bieguna, z każdym dniem będziemy musieli płynąć coraz szybciej. Jeśli nasz jacht może osiągnąć prędkość 5m/s (18km/h i nie, nie napiszę ile to jest węzłów), to Słońce ucieknie nam po ok. 2-4 dobach od momentu równonocy. Nie sposób przewidzieć tego dokładnie ze względu na zjawisko refrakcji, czyli ugięcia światła w atmosferze, które sprawia, że widzimy zachodzące Słońce mimo, że schowało się już za linią horyzontu. Może nam ono dać nawet kilkudniowy bonus.
Mogliśmy na równonoc czekać podczas dnia polarnego na biegunie, mogliśmy też przez kilka poprzednich dni gonić Słońce po podobnej spirali zbliżając się do bieguna. Taki zabieg wydłużyłby cały pokaz dwukrotnie. Mamy zatem okołotygodniowy zachód Słońca.
A jeśli mielibyśmy bardzo, bardzo, bardzo szybki jacht?
Morze arktyczne jest dosyć obszerne i w promieniu ok 700km od bieguna niezakłócone lądem. To pozwoliłoby nam pędzić po spirali aż do uderzenia z prędkością ok 50m/s (180km/h) w okolice przylądka Morris Jesup, najbardziej wysuniętego na północ kawałka Grenlandii, z którego musielibyśmy z podobną prędkością wyruszyć około miesiąca wcześniej.

Na tym kończą się możliwości w Arktyce. Na południu lądy i morza ułożyły się zgoła inaczej. Tam, okrążając drogą wodną Antarktydę można teoretycznie gonić zachodzące Słońce przez okrągły rok. Teoretycznie, ponieważ prędkość około 220m/s (bez mała 800km/h) jest na szczęście nieosiągalna dla jachtów i to bez względu na to, czy się Antarktydę okrąża pod prąd, czy nie.
A gdyby spróbować poza Ziemią? Zachód Słońca na Księżycu goniliśmy rowerem we wpisie ROWER NA KSIĘŻYCU. Jednak i taki pokaz kiedyś się zakończy, bo prędzej czy później nastąpi tam zaćmienie Słońca (czyli zaćmienie Księżyca na Ziemi). Poza tym rower to nie jacht, nawet bojer nie wchodzi w grę ze względu na absolutny brak wiatru.
Na równiku Merkurego średnia prędkość liniowa konieczna do ciągłej obserwacji zachodu Słońca wynosi około 1m/s (3,6km/h, tym bardziej nie napiszę ile to węzłów, bo jedyny argument za używaniem tej jednostki poza Ziemią traci sens). Ale to średnia. Z powodów wspominanych we wpisie OBROTY NA NIEBIE czasem musielibyśmy poruszać się trochę szybciej, a czasem cofać. Za to nie grozi nam żadne zaćmienie, możemy się też dowolnie zbliżać do biegunów – tam ie ma pór roku, a więc dni i nocy polarnych. Warunki do żeglugi są podobne jak na Księżycu poza tym, że jest zdecydowanie cieplej.
Na równiku Wenus wystarczy około 3,8m/s(13,6km/h), jeśli wykopalibyśmy kanał i napełnili go np. ołowiem, to tamtejsze powolne ale za to „gęste” wiatry (patrz: WIATR WE WŁOSACH) byłyby wystarczające. Zaćmienie Słońca by nam nie zakłóciło zachodu poza tym, że… przez gęstą atmosferę Wenus nie moglibyśmy go zobaczyć.
Na Marsie sytuacja byłaby pod paroma względami podobna do tej na Ziemi, tylko potrzebne prędkości byłyby dwukrotnie mniejsze, bo Mars jest planetą o podobnej długości doby i podobnym nachyleniu osi obrotu do płaszczyzny orbity (podobne pory roku), za to około dwukrotnie mniejszą. Tamtejszy rok jest bez mała dwukrotnie dłuższy od ziemskiego, dzięki czemu pory roku zmieniają się wolniej. Zachód moglibyśmy próbować gonić bojerem po okołobiegunowych czapach lodowych w podobny sposób jak na Ziemi po Morzu Arktycznym.
To wszystko było na sucho. W Układzie Słonecznym, poza Ziemią, znamy jedno ciało z ciekłą (miejscami) powierzchnią. To księżyc Saturna, Tytan. Jest tam dosyć mgliście (ale nie tak, jak na Wenus) a Słońce widziane stamtąd ma rozmiary kątowe prawie 10-krotnie mniejsze niż z Ziemi, za to doba Słoneczna trwa niecałe 16 dni ziemskich. Pływającej wzdłuż równika po metanowych morzach żaglówce wystarczy 2,8m/s(10km/h), żeby nadążyć za zachodzącym Słońcem. Trudno zaplanować optymalną trasę wokół Tytana, bo tamtejsze kontynenty pływają i przemieszczają się zdecydowanie szybciej od ziemskich. Taką obserwację przerwie jednak po najwyżej nieco ponad 14 ziemskich latach zaćmienie Słońca przez Saturna, który ma na tamtejszym niebie ponad 10 razy większe rozmiary kątowe niż Księżyc widziany z Ziemi. I taki podświetlony z tyłu Saturn to widok zdecydowanie ciekawszy od wszelkich zachodów Słońca. Zdjęcia takiego zjawiska zrobiła sonda Cassini i można je zobaczyć na stronach NASA. Niestety widziane z Tytana podświetlone pierścienie nie będą tak efektowne, bo krąży on prawie w ich płaszczyźnie – to jakby oglądać monetę tylko od strony rantu.

 Ale wróćmy jeszcze na Ziemię.
Dr Rożek na początku audycji powiedział:

Ziemia obraca się wokół własnej osi, do pełnego obrotu potrzebuje 23 godzin, 56 minut i 4 sekund, to jest tak zwana doba gwiazdowa (…). To, że to nie jest pełne 24 godziny, no właśnie nie jest pełne, dlatego co jakiś czas musimy mieć rok przestępny, który te wszystkie różnice wyrówna.

 To, że mamy lata przestępne nie ma żadnego związku z różnicą między długością doby gwiazdowej i doby słonecznej. Ziemia w ciągu roku obraca się średnio 366,2422 raza. Tak, to nie pomyłka, w ciągu roku kalendarzowego zwykłego – 366 razy, a w ciągu przestępnego – 367 razy. I tyle razy w ciągu roku można by obserwować wschody i zachody gwiazd (tych, które w ogóle wschodzą i zachodzą), gdyby nie przeszkadzały nam jasne dni. Ponieważ podczas tego roku Ziemia obiega raz Słońce, to dób słonecznych mamy o jedną mniej i są one o ok 1/365 część dłuższe od gwiazdowych. Na każdej planecie liczby dób gwiazdowych i słonecznych w tamtejszym roku różnią się o jedną. I na Merkurym, gdzie w ciągu jednego obiegu następuje pół doby słonecznej i półtorej doby gwiazdowej (szczegóły również we wpisie „OBROTY NA NIEBIE”). I na Wenus, gdzie na jeden obieg przypada 1,92 doby słonecznej i 0,92 doby gwiazdowej (tu doba gwiazdowa jest dłuższa od słonecznej z powodu przeciwnego kierunku obrotu). I na Marsie, na którym w czasie jednego obiegu występuje 669,6 dób gwiazdowych, a 668,6 dób słonecznych. I tak dalej.
Niewielką różnicę między ziemskimi dobami trudno pokazać na rysunku. Na hipotetycznej planecie o kilku dobach na rok wyglądałoby to tak:

Lata przestępne stosujemy dlatego, że w ciągu roku (to okres obiegu bez ok. 20 minut, o przyczynie tej różnicy może innym razem) występuje niecałkowita liczba dób (już nieważne których). Słonecznych – nie 365, nie 366, tylko coś pomiędzy. W kalendarzu gregoriańskim większość lat ma 365 dni, z wyjątkiem co czwartego – te mają 366, z wyjątkiem co setnego – te mają jednak 365 ale to z wyjątkiem co czterechsetnego – te mają 366 dni. To załatwia sprawę na tak długo, że niedokładności nie będą już raczej problemami ludzi.
Na Merkurym lata przestępne w ogóle nie byłyby potrzebne. Na Wenus dwa razy na 25 wenusjańskich lat rok miałby… dzień zamiast dwóch. Na Marsie sprawdziłby się cykl: …-p-n-p-n-p-p-n-p-n-p-p-n-p-n-p-… Nie, to nie warstwy półprzewodników, p oznacza rok 669-dniowy, a n – 668-dniowy. Wyjątek byłby konieczny co ok. 368 lat.

Samozwańczy instytut poznawczy im. Ewy de Raj