Wie nah kann man an die Sonne herankommen, um ein Foto zu machen?
Antworten
Die größte Annäherung gelang bislang der Solar Orbiter Mission aus einer Entfernung von 18,7 Millionen Kilometern.
Anscheinend wird der Orbiter im Laufe seiner Mission bis zu 6,2 Millionen Kilometer weit kommen.
Dieses Foto der Sonne ist das nächstgelegene, das jemals aufgenommen wurde
Die Optik zur Unterscheidung von Fotos ist einfach. Dies kann nicht nur auf die in der Frage angegebene Situation angewendet werden, sondern auch, um den Zeitpunkt herauszufinden, zu dem ein Foto aufgenommen wurde (unter bestimmten Bedingungen). Gehen Sie zunächst von folgenden Bedingungen aus:
- Szene ist flach (Ebene, Neigung Null)
- natürlich beleuchtet
- Die klimatischen Bedingungen ändern sich zwischen den Fotos nicht
- Das Motiv auf beiden Fotos ist das gleiche
- Die Position der Kamera ist dieselbe
Anhand eines Fotos eines bekannten Objekts und des Ortes, an dem es aufgenommen wurde, ist es möglich, den Zeitpunkt der Aufnahme zu bestimmen und umgekehrt (Berechnung der Zeit bis zur Position). Ich konnte online keine guten Beispiele für Zeitrafferfotos finden oder den ganzen Tag warten und Bilder machen, daher sollten ein paar computergenerierte Bilder von Blender ausreichen. Ich vereinfache die Berechnungen mit einfachen Beziehungen, damit es leicht verständlich ist, dass diese Technik viel mehr beinhaltet als das, was ich hier erkläre, um die Ergebnisse genau vorherzusagen.
Hier gilt also:
Die Länge des Schattens, der sich im Laufe des Tages ändert, steht im umgekehrten Verhältnis zur Höhe der Sonne. Das heißt, je höher die Höhe, desto kürzer der Schatten, und je niedriger die Höhe, desto länger der Schatten. Betrachten Sie nun dieses Setup:
In diesem Aufbau variiert die Schattenlänge, wenn sich die Sonne von Ost nach West bewegt, wie ab Sonnenaufgang gezeigt ...
....bis zum Sonnenuntergang, wenn es dunkel wird. (Die Sonne bewegt sich von Ost nach West, daher zeigen die Schatten in die entgegengesetzte Richtung.)
Die zeitliche Variation der Schattenlänge ist eine Parabel wie diese:
Mathematisch sieht das etwa so aus:
Länge des Schattens \propto{Cot( \theta )}
Daher ist die Schattenlänge nahezu unendlich, wenn die Sonne auf- oder untergeht, und nahe Null, wenn die Sonne am höchsten steht, also mittags. Weiter geht es mit dem nächsten Teil des Puzzles.
Das ist alles einfach. Wie passen also der Sonnenuntergang und der Sonnenaufgang in denselben Teil des Horizonts? Hier gibt es eine wesentliche Änderung – die Position der Kamera. Um den Sonnenauf- und -untergang möglichst nah am Horizont einzufangen, muss der Fotograf beim Sonnenaufgang nach Osten und beim Sonnenuntergang nach Westen blicken. Wenn wir uns noch einmal den Abbildungen zuwenden, um dies zu veranschaulichen, erhalten wir die Bilder wie folgt:
Für den Fall, dass die Sonne aufgeht, muss die Position des Beobachters sein:
Wenn die Sonne untergeht, muss die Position des Beobachters sein:
Die Schattenlänge bleibt gleich, die Richtung der Schatten jedoch nicht. Um den Unterschied zu veranschaulichen, wäre es wie der Unterschied zwischen Bild 1 und Bild 8 in der Sequenz von acht Bildern oben, angepasst an den Blickwinkel des Betrachters.
Welche Rolle spielt dabei der Standort des Benutzers?
Eratosthenes hat dies bereits im Jahr 300 v. Chr. rudimentär herausgefunden, es ist auch nichts Besonderes daran. Das Konzept ist einfach: Er maß die Schattenlängen in Swenet (dem heutigen Assuan) und Alexandria und kam zu dem Schluss, dass die beiden Städte durch einen Bogen von 7 Grad oder 1/50 der Erdkrümmung getrennt waren. Indem wir den Winkel messen, können wir ihn mit der Erdkrümmung gleichsetzen. Wenn man dies auf die Abbildungen oben ausweitet, kann es wie folgt erklärt werden:
In den Bildern können Sie die Länge des Schattens messen, indem Sie die Anzahl der Gitterlinien zählen. Die Länge des Schattens ist also bekannt. Als nächstes kann die Richtung des Schattens berechnet werden, indem eine Linie vom Objekt zum Ende des Schattens gezogen wird. Somit ist auch die Richtung des Schattens bekannt. Nehmen wir nur einen Fall:
Nun sind also H,S, L, WLong und \theta bekannt. Es gibt viele Dinge, die anhand dieser Daten bestimmt werden können, aber der Einfachheit halber bedenken Sie Folgendes:
S = H tan( L-((tilt) * Sin(\frac{360 * t}{365})) Dabei
ist S die Schattenlänge,
H die Höhe der Polneigung
und die Neigung der Erdachse in Bezug auf seine Umlaufbahn um die Sonne (23,5 Grad)
t ist die Anzahl der Tage ab der Frühlings-Tagundnachtgleiche und
L ist der Breitengrad.
Längengrad = 15*(X-12) Wobei
X die Zeit ist, zu der die Sonne ihren Höhepunkt erreicht.
Längengrad ist der westliche Längengrad in Grad
Es ist möglich, alle Annahmen, die ich oben getroffen habe, mithilfe von Rechentechniken zu kompensieren und dennoch ein angemessenes Maß an Genauigkeit beizubehalten, um die Geolokalisierung anhand eines Zeitstempels oder eines Zeitstempels anhand der Geolokalisierung vorherzusagen. Diese Techniken zur Schattenschätzung, Neigungskorrektur in Landschaften und Filterung bleiben wichtige Forschungs- und Entwicklungsthemen, da sie in der Bildverarbeitung und Robotik Anwendung finden.
Mithilfe dieser Faktoren und mehrerer Schatten für eine höhere Genauigkeit kann der Zeitpunkt ermittelt werden, zu dem ein Bild aufgenommen wurde – Sonnenaufgang und Sonnenuntergang können anhand der Zeit bestimmt werden.
Haftungsausschluss:
Die Grafiken, die die Sonne und die Schattenlängen in diesen Abbildungen erläutern, sind nicht maßstabsgetreu mit dem, was auf natürliche Weise erzeugt wird. Sie dienen der Erläuterung der Konzepte und sind nicht als Darstellung realer Schatten zu verstehen, die mühsam nachzubilden sind und mehrere Faktoren haben.
Weiterführende Literatur/Referenzen:
http://www.ehow.com/how_5874062_figure-out-latitude-shadow-pole.html
http://mvhs.shodor.org/mvhsproj/projects/shadowf/shadindex.html