Potresti aver sentito nei tuoi viaggi che a mezzogiorno il sole è "direttamente in alto" nel cielo. A meno che non ti trovi al Circolo Polare Artico o a nord, tecnicamente non è mai così. Non solo, ma a meno che tu non viva all'equatore terrestre, la posizione più alta sopra l'orizzonte raggiunge ogni giorno–cioè, l'altitudine del sole–varia leggermente da un giorno all'altro nel corso dell'anno.
L'altitudine del sole in gradi dipende da due fattori: la distanza dall'equatore e la data.
Passaggio 1: trova la posizione
La tua latitudine è un numero compreso tra 0 gradi (se vivi all'equatore) e 90 gradi (se vivi al polo nord o sud). La maggior parte delle persone negli Stati Uniti si trova tra i 25 gradi di latitudine nord e i 45 gradi di latitudine nord. Poiché la circonferenza della Terra è di circa 25.000 miglia e ci sono 360 gradi in un cerchio, ogni grado di latitudine corrisponde a poco meno di 70 miglia.
Se non conosci la tua latitudine, visita il NASA Latitude/Longitude Finder (vedi Risorse) e inserisci la tua posizione. Ad esempio, Boston, Massachusetts, USA si trova a 42,36 gradi di latitudine nord.
Passaggio 2: determinare l'altitudine dell'equinozio del sole
La Terra è inclinata di 23,5 gradi rispetto a una linea perpendicolare al suo piano di rotazione, come una trottola che ha iniziato a oscillare. Questo è ciò che causa le stagioni ed è anche il motivo per cui l'altitudine più alta del sole varia. Il 22 o 23 marzo circa e di nuovo il 22 o 23 settembre circa, la Terra attraversa un equinozio - latino per "uguale notte." In questi due giorni, la Terra riceve 12 ore o luce e 12 ore di oscurità, e il sole sale a un'altitudine uguale a:
\text{altitudine}=90-L
in gradi sopra l'orizzonte. Nel caso di Boston, quindi, questo è:
\text{altitudine}=90-42,36 = 47,64
47,64 gradi sopra l'orizzonte, che è poco più della metà dello zenit (il punto direttamente sopra la testa).
Passaggio 3. Determina l'altitudine del solstizio del sole
A partire dall'equinozio di primavera nell'emisfero nord del 22 o 23 marzo, il primo giorno di primavera, la quantità di tempo che la Terra trascorre in luce continua ad aumentare, e il sole sale a un punto progressivamente più alto ciascuno giorno. Dopo tre mesi, il 22 giugno circa, arriva il solstizio d'estate, il primo giorno d'estate e il cosiddetto "giorno più lungo dell'anno". A causa dell'inclinazione di 23,5 gradi sopra menzionata, il sole a mezzogiorno a Boston ora è:
(90 - 42.36 + 23.5) = 71.14
71,14 gradi sopra l'orizzonte. Questo è circa l'80 percento della strada dall'orizzonte allo zenit.
Sei mesi dopo, il 22 o 23 dicembre, l'equinozio d'autunno è passato e arriva il solstizio d'inverno. In questo giorno, il primo giorno d'inverno e il cosiddetto "giorno più corto dell'anno", la situazione dall'estate è invertita e il sole raggiunge solo un'altitudine di:
(90 - 42.36 - 23.5) = 24.1
24,1 gradi. Questo è poco più di un quarto della distanza dall'orizzonte allo zenit.
Passaggio 4: fattore nella declinazione per oggi
La variazione dovuta all'inclinazione della Terra è chiamata declinazione. È un numero positivo in primavera ed estate e un numero negativo in autunno e inverno, variando tra i valori di 23,5 e -23,5 gradi.
L'equazione per calcolare l'altitudine sopra l'orizzonte in un dato giorno è:
\text{altitudine}=90-L+D
Nei nostri esempi iniziali, sugli equinozi,Dera zero e quindi non è stato esplicitamente incluso.
Per determinare la declinazione di oggi e l'altitudine del sole, puoi utilizzare il calcolatore solare NOAA o il calcolatore Kiesan, entrambi online. Se non hai accesso a uno di questi, puoi fare un'ipotesi decente purché conosci la data e la tua latitudine approssimativa. Ad esempio, se è l'inizio di maggio e ti trovi a Miami, in Florida, sai che la declinazione del sole è circa a metà strada tra 0 e 23,5 perché la primavera è a metà e la tua latitudine è di circa 25 gradi. Pertanto, puoi stimare che il sole salirà a un'altezza di circa:
(90 - 25 + 11,5) = 76,5 \text{ gradi}