W Polsce są białe noce

Niemal w całej Polsce w czerwcu nie ma nocy astronomicznej. To prawie jak na kole podbiegunowym. Dlaczego tak się dzieje?

Zgodnie z definicją nocy astronomicznej, aby ona nastała, Słońce musi zejść 18° poniżej linii horyzontu. Dopiero wtedy na niebie może zapanować całkowita słoneczna ciemność. W czerwcu w Polsce ten warunek nie jest spełniony. W tym czasie mamy jedynie do czynienia ze zmierzchem astronomicznym -  Słońce jest pod linią horyzontu, ale pod mniejszym kątem niż 18° - który przechodzi bezpośrednio w astronomiczny świt.

Noc astronomiczna występuje codziennie przez cały rok tylko w pasie zawartym pomiędzy równoleżnikami 48,5° (to jest 18° poniżej - na półkuli północnej - i 18° powyżej - na półkuli południowej - koła podbiegunowego). Z kolei dzień polarny, czyli czas, gdy Słońce nie schodzi w ogóle poniżej linii horyzontu, przez okrągłą dobę może panować tylko na szerokościach geograficznych większych niż 66,5° (to znaczy za kołami podbiegunowymi - wyjaśnienie przyczyn tego zjawiska ilustruje poniższy rysunek, a szczegóły opisano w artykule Słońce zawraca w Strzelcu).

Rys. 1

Na pozostałym obszarze, tzn. między równoleżnikami 48,5° i 66,5° obu półkul, mogą w pewnych okresach roku występować tzw. białe noce. Polska leży pomiędzy 49 i 54 stopniem szerokości geograficznej północnej, nic więc dziwnego, że zjawisko białych nocy u nas występuje (w tym także we Wrocławiu, który leży na szerokości 51°N). W takim razie dlaczego wielu Polaków w ogóle o tym nie wie? I dlaczego turyści masowo jeżdżą oglądać białe noce do Petersburga a nie do Wrocławia, Warszawy czy Jastrzębiej Góry? Okazuje się, że biała noc białej nocy nie jest równa.

Białe noce występują na obszarach położonych między 54 równoleżnikiem a kołem podbiegunowym na obu półkulach. W lecie na tych obszarach astronomiczny zmierzch i świt trwają tak długo, że łączą się, a mrok nocy astronomicznej w ogóle wtedy nie występuje.

Wyróżnia się trzy rodzaje białych nocy, które powstają z połączenia trzech typów zmierzchów i świtów. Mamy zatem:

• dzień astronomiczny - Słońce jest powyżej linii horyzontu;

• zmierzch/świt cywilny - Słońce chowa się poniżej horyzontu na wysokość  0° - 6°, wskutek rozpraszania promieni słonecznych jest wtedy dostatecznie jasno, aby przy bezchmurnej pogodzie bez trudu czytać książkę;
• zmierzch/świt nautyczny - Słońce schodzi na wysokość 6° - 12° poniżej horyzontu, dostrzega się jedynie zarysy obserwowanych przedmiotów, żeglarze widzą jedynie kontury wybrzeży i innych statków, stąd wzięła się nazwa tego okresu (łacińskie nauta znaczy żeglarz);
• zmierzch/świt astronomiczny - Słońca znajduje się na wysokości 12° - 18° poniżej linii horyzontu, światło słoneczne przeszkadza w obserwacji ciał niebieskich i stąd wzięła się nazwa tego okresu.

Na zdjęciach poniżej świt...

...i zmierzch.

Sankt Petersburg położony jest daleko na północy Europy, na równoleżniku 60°. Białe noce występują tu od 25 maja do 16 lipca, a ich apogeum przypada na czas od 11 czerwca do 2 lipca. Najdłuższy dzień astronomiczny w roku trwa tu blisko 19 godzin (we Wrocławiu nieco ponad 16 godzin - więcej o tym przeczytasz w artykule Słońce zawraca w Strzelcu).

Jednak także w pozostałe 5 godzin tego dnia, mimo nastania zmierzchu, na ulicach jest mnóstwo turystów, a niebo jest jasnoróżowe. Tradycyjnie turyści przychodzą nad Newę podziwiać nocne otwieranie mostów.

Petersburskie białe noce zostały osławione przez wielu poetów i pisarzy. Najbardziej znane jest opowiadanie Fiodora Dostojewskiego Białe noce.

To zjawisko świetlne złożone ze smug o jasnobłękitnych, zielonych, fioletowych lub czerwonawych barwach występuje głównie za kołami podbiegunowymi (na półkuli północnej nazywane jest aurora borealis, a na południowej - aurora australis), chociaż przy sprzyjających warunkach (tzn. w okresach dużej aktywności Słońca) mogą być obserwowane nawet z okolic 50. równoleżnika (czyli także z Wrocławia!). Nie jest jednak zjawiskiem astronomicznym, jak białe noce, ale elektrycznym, zachodzącym w jonosferze, czyli ok. 60 km od powierzchni Ziemi, obserwowanym w nocy.

Słońce emituje tzw. wiatr słoneczny, czyli rozpędzone elektrony i protony, które zostają odchylone przez ziemskie pole magnetyczne (dlatego zorze występują zazwyczaj w pobliżu ziemskich biegunów magnetycznych, choć mogą rozchodzić się głębiej wzdłuż linii ziemskiego pola magnetycznego). W kontakcie ze zjonizowaną plazmą atmosfery powoduje to powstanie napięcia i przepływ prądu elektrycznego, który objawią się powstaniem świetlistych smug (ich kolor zależy od składu procentowego zjonizowanego powietrza). Efektem zórz są też zaburzenia przepływu fal radiowych.

Niesamowitą galerię zdjęć zórz polarnych można obejrzeć na stronach spaceweather lub wikipedii (tu są także zdjęcia zórz na Jowiszu i Saturnie).

Zmierzch i świt (brzask) to okresy, gdy środek tarczy słońca znajduje się na wysokości od 0º do 18° poniżej linii horyzontu. Jest to więc czas po zachodzie Słońca, gdy Ziemia oświetlona jest jedynie światłem rozproszonym w atmosferze (podświetlone jest jedynie niebo, promienie Słońca nie padają bezpośrednio na Ziemię). Wiemy już, że na dużych szerokościach geograficznych taki stan może utrzymywać się nawet przez całą noc. Na ogół jednak zmierzch i świt trwają (w zależności od szerokości geograficznej i pory roku) od kilkunastu minut do prawie dwóch godzin. To zależy od kąta, pod jakim dzienny tor Słońca przecina linię horyzontu (rys. 2a).

 Na równiku Słońce wschodzi i zachodzi prostopadle do linii horyzontu (rys. 2b). Szerokość kątowa tarczy słonecznej widzianej z Ziemi to zaledwie ok. 0,5°, choć ze względu na rozproszenia światła przez grubą warstwę atmosfery tuż nad horyzontem, podczas wschodu i zachodu jest kilkukrotnie większe. Zachodząc prostopadle Słońce bardzo szybko chowa się głęboko pod horyzontem, dlatego na równiku i na małych szerokościach geograficznych świt i zmierzch trwają bardzo krótko. Noc astronomiczna zapada w ciągu kilku minut po zachodzie Słońca, następuje gwałtowne przejście od pełnego światła do zupełnej ciemności i niemal natychmiast zaczyna być widać gwiazdy.

Poniższe wykresy przedstawiają czas zmierzchu i świtu (linia przerywana) oraz wschodu i zachodu Słońca (linia ciągła) na kole podbiegunowym i na równiku. Obszar granatowy oznacza noc, a biały - dzień.