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Die Phase des Sonnenaufgangs, die als falscher Sonnenaufgang bezeichnet wird, findet statt, bevor die Sonne wirklich den Horizont erreicht, weil die Erdatmosphäre das Bild der Sonne bricht. Am Horizont beträgt die durchschnittliche Brechung 34 Bogenminuten, wobei dieser Wert von den atmosphärischen Bedingungen abhängt.
Auch findet der Sonnenaufgang im Gegensatz zu den meisten anderen Sonnenmessungen statt, wenn der obere Rand der Sonne und nicht ihr Zentrum den Horizont zu überqueren scheint. Der scheinbare Radius der Sonne am Horizont beträgt 16 Bogenminuten.
Aus diesen beiden Winkeln ergibt sich, dass der Sonnenaufgang stattfindet, wenn sich der Sonnenmittelpunkt 50 Bogenminuten unter dem Horizont oder 90,83° vom Zenit entfernt befindet.
TageszeitBearbeiten
Der Zeitpunkt des Sonnenaufgangs variiert das ganze Jahr über und wird auch von der geografischen Breite und Länge des Betrachters, der Höhe und der Zeitzone beeinflusst. Diese Veränderungen werden durch die axiale Neigung der Erde, die tägliche Rotation der Erde, die Bewegung des Planeten auf seiner jährlichen elliptischen Umlaufbahn um die Sonne und die paarweisen Umdrehungen von Erde und Mond umeinander bestimmt. Mit dem Analemma lassen sich ungefähre Vorhersagen über den Zeitpunkt des Sonnenaufgangs machen.
Im Spätwinter und im Frühjahr geht die Sonne von den gemäßigten Breiten aus gesehen jeden Tag früher auf und erreicht ihren frühesten Zeitpunkt in der Nähe der Sommersonnenwende; das genaue Datum variiert jedoch je nach Breitengrad. Danach wird der Sonnenaufgang von Tag zu Tag später und erreicht seinen spätesten Zeitpunkt um die Wintersonnenwende. Die Verschiebung zwischen den Daten der Sonnenwende und dem frühesten bzw. spätesten Zeitpunkt des Sonnenaufgangs wird durch die Exzentrizität der Erdumlaufbahn und die Neigung der Erdachse verursacht und durch das Analemma beschrieben, das zur Vorhersage der Daten verwendet werden kann.
Schwankungen in der atmosphärischen Brechung können den Zeitpunkt des Sonnenaufgangs verändern, indem sie seine scheinbare Position verändern. In der Nähe der Pole ist die Abweichung von der Tageszeit übertrieben, da die Sonne den Horizont in einem sehr flachen Winkel überquert und daher langsamer aufgeht.
Wenn man die atmosphärische Brechung berücksichtigt und von der Vorderkante aus misst, erhöht sich die durchschnittliche Dauer des Tages im Vergleich zur Nacht geringfügig. Die Sonnenaufgangsgleichung, mit der die Zeit des Sonnenaufgangs und des Sonnenuntergangs bestimmt wird, verwendet jedoch den physikalischen Mittelpunkt der Sonne für die Berechnung und vernachlässigt die atmosphärische Brechung und den von der Sonnenscheibe aufgespannten Winkel, der nicht Null ist.
Ort am HorizontBearbeiten
Unter Vernachlässigung der Auswirkungen der Brechung und der Größe der Sonne, die nicht Null ist, liegt der Sonnenaufgang in gemäßigten Regionen vom März-Äquinoktium bis zum September-Äquinoktium immer im nordöstlichen Quadranten und vom September-Äquinoktium bis zum März-Äquinoktium im südöstlichen Quadranten. Der Sonnenaufgang findet für alle Betrachter auf der Erde an der März- und September-Tagundnachtgleiche ungefähr genau im Osten statt. Genaue Berechnungen der Azimute des Sonnenaufgangs an anderen Tagen sind kompliziert, können aber mit Hilfe des Analemmas einigermaßen genau geschätzt werden.