พระอาทิตย์ขึ้น

พระอาทิตย์ขึ้น (หรือ สุริยคราส (sunup) คือช่วงเวลาที่ขอบบนของดวงอาทิตย์ปรากฏขึ้นเหนือขอบฟ้าในช่วงเช้า ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเส้นทางการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ คำนี้ยังสามารถหมายถึงกระบวนการทั้งหมดที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านขอบฟ้าในช่วงเช้าได้อีกด้วย

 ศัพท์เฉพาะ 
แม้ดวงอาทิตย์จะดูเหมือน "ขึ้น" จากขอบฟ้า แท้จริงแล้วเป็นการเคลื่อนที่ของโลกที่ทำให้ดวงอาทิตย์ดูเหมือนเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ลวงตาของดวงอาทิตย์นี้เกิดจากการที่ผู้สังเกตอยู่ในกรอบอ้างอิงหมุน ซึ่งการรับรู้เช่นนี้นำไปสู่การสร้างเทพปกรณัมและศาสนาในวัฒนธรรมต่าง ๆ ตามแบบจำลองโลกเป็นศูนย์กลาง ซึ่งเป็นความเชื่อที่แพร่หลายจนกระทั่งนิโคลัส โคเปอร์นิคัส นักดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์ ได้เสนอแบบจำลองดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางในคริสต์ศตวรรษที่ 16

บัคมินสเตอร์ ฟุลเลอร์ (Buckminster Fuller) สถาปนิกชาวอเมริกันเคยเสนอคำศัพท์ใหม่ว่า "sunsight" (การเห็นดวงอาทิตย์) และ "sunclipse" (การลับของดวงอาทิตย์) เพื่อสะท้อนแบบจำลองดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางอย่างถูกต้องยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม คำเหล่านี้ยังไม่เป็นที่แพร่หลายในภาษาอังกฤษทั่วไป

ในเชิงดาราศาสตร์ พระอาทิตย์ขึ้นจะเกิดขึ้นเพียงชั่วขณะเดียว คือจังหวะที่ขอบบนของดวงอาทิตย์สัมผัสกับขอบฟ้า อย่างไรก็ตาม คำว่า พระอาทิตย์ขึ้น ในทางสามัญนิยมมักหมายถึงช่วงเวลาก่อนและหลังจุดนั้น ดังนี้:

 แสงเงินแสงทอง หรือ Twilight คือช่วงเวลาก่อนพระอาทิตย์ขึ้นที่ท้องฟ้าเริ่มสว่างแต่ดวงอาทิตย์ยังไม่ปรากฏ ซึ่งจุดเริ่มต้นของแสงเงินแสงทองในช่วงเช้าเรียกว่า รุ่งอรุณทางดาราศาสตร์ (astronomical dawn) *ช่วงเวลาหลังพระอาทิตย์ขึ้น ที่ยังสามารถเห็นสีสันที่โดดเด่นและปรากฏการณ์ทางชั้นบรรยากาศได้ เช่น แสงสีส้มและชมพูบนก้อนเมฆ โดยแสงพลบพลางแบบพลเรือน (civil twilight) จะสว่างที่สุด ในขณะที่แสงพลบแบบดาราศาสตร์ (astronomical twilight) จะมืดที่สุด

 การวัดผล 
 มุมกับขอบฟ้า 

นอกจากนี้ ไม่เหมือนกับการวัดทางดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ พระอาทิตย์ขึ้นจะถือว่าเกิดขึ้นเมื่อ “ขอบบน” ของดวงอาทิตย์ (ไม่ใช่จุดศูนย์กลาง) ปรากฏให้เห็นพาดผ่านขอบฟ้า โดยรัศมีปรากฏของดวงอาทิตย์เมื่ออยู่ที่ขอบฟ้าจะมีขนาด 16 ลิปดา

เมื่อรวมมุมทั้งสองเข้าด้วยกัน จะกำหนดว่า “พระอาทิตย์ขึ้น” เกิดขึ้นเมื่อศูนย์กลางของดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า 50 ลิปดา หรืออยู่ที่ 90.83° จากจุดสุดยอดฟ้า (zenith)

 เวลาของวัน 

ในช่วงปลายฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิ สำหรับละติจูดเขตอบอุ่น พระอาทิตย์จะขึ้นเร็วขึ้นในแต่ละวัน โดยจะขึ้นเร็วที่สุดไม่นานก่อนครีษมายัน (summer solstice) แต่วันดังกล่าวจะแตกต่างกันไปตามละติจูด หลังจากจุดนั้น เวลาพระอาทิตย์ขึ้นจะเริ่มช้าลงเรื่อย ๆ โดยจะขึ้นช้าที่สุดไม่นานหลังจากเหมายัน (winter solstice) ทั้งนี้ก็ขึ้นกับละติจูดเช่นกัน ความคลาดเคลื่อนระหว่างวันที่ของอายัน (solstice) กับวันที่พระอาทิตย์ขึ้นเร็วที่สุดหรือช้าที่สุดเกิดจากความรีของวงโคจรโลก และความเอียงของแกนโลก โดยสามารถอธิบายได้ด้วยอะนาเลมมา ซึ่งใช้ในการทำนายได้

การแปรผันของการหักเหแสงในบรรยากาศสามารถเปลี่ยนเวลาเกิดพระอาทิตย์ขึ้นได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งปรากฏของดวงอาทิตย์ ใกล้ขั้วโลก การเปลี่ยนแปลงของเวลาในแต่ละวันจะรุนแรงมาก เพราะดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ผ่านขอบฟ้าที่มุมเอียงต่ำมาก จึงใช้เวลานานกว่าจะขึ้นพ้นขอบฟ้า

เมื่อคำนึงถึงการหักเหของแสงในบรรยากาศและวัดจากขอบด้านหน้าของดวงอาทิตย์ จะทำให้ความยาวเฉลี่ยของเวลากลางวันยาวกว่ากลางคืนเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม สมการพระอาทิตย์ขึ้น (sunrise equation) ที่ใช้คำนวณเวลาเกิดพระอาทิตย์ขึ้นและตก จะใช้ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ในการคำนวณโดยไม่คำนึงถึงการหักเหของแสงหรือขนาดเชิงมุมของดวงอาทิตย์

 ตำแหน่งบนขอบฟ้า 

ภาพทางด้านขวาคำนวณโดยใช้สูตรเรขาคณิตทางดาราศาสตร์อ้างอิงจากงานวิจัยZhang, T., Stackhouse, P.W., Macpherson, B., and Mikovitz, J.C., 2021. A solar azimuth formula that renders circumstantial treatment unnecessary without compromising mathematical rigor: Mathematical setup, application and extension of a formula based on the subsolar point and atan2 function. Renewable Energy, 172, 1333-1340. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.03.047 โดยกระบวนการมีดังนี้:

 สำหรับละติจูดและวันที่ที่กำหนด ให้คำนวณค่าความเบี่ยงเบน (declination) ของดวงอาทิตย์ โดยใช้ลองจิจูด 0° และเวลาเที่ยงสุริยะ
 คำนวณมุมชั่วโมงพระอาทิตย์ขึ้น (sunrise hour angle) ด้วยสมการพระอาทิตย์ขึ้น
 คำนวณเวลาพระอาทิตย์ขึ้น ซึ่งคือเวลาเที่ยงสุริยะลบด้วยมุมชั่วโมงพระอาทิตย์ขึ้น (แปลงเป็นชั่วโมงโดยหารด้วย 15)
 ใช้เวลาพระอาทิตย์ขึ้นเป็นอินพุตให้กับสูตรเรขาคณิตดวงอาทิตย์เพื่อให้ได้มุมอะซิมัทของดวงอาทิตย์ในช่วงพระอาทิตย์ขึ้น

 สมมาตรระหว่างซีกโลก 
ลักษณะที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของภาพทางด้านขวาคือความสมมาตรระหว่างซีกโลกในบริเวณที่เกิดพระอาทิตย์ขึ้นและตกในแต่ละวันจริง

ความสมมาตรนี้จะเห็นชัดเจนขึ้นหากนำความสัมพันธ์ระหว่างซีกโลกในสมการพระอาทิตย์ขึ้นไปประยุกต์กับองค์ประกอบ x และ y ของเวกเตอร์แสงอาทิตย์ตามอ้างอิงในงานวิจัย

 ลักษณะที่ปรากฏ 
 สี 


โมเลกุลของอากาศและอนุภาคแขวนลอยในอากาศจะกระเจิงแสงสีขาวของดวงอาทิตย์ในขณะที่แสงผ่านชั้นบรรยากาศของโลก โดยเกิดจากการรวมกันของการกระเจิงเรย์ลี (Rayleigh scattering) และการกระเจิงมี (Mie scattering)

เมื่อรังสีแสงสีขาวของดวงอาทิตย์เดินทางผ่านชั้นบรรยากาศมายังผู้สังเกต สีบางส่วนจะถูกกระเจิงออกจากลำแสงโดยโมเลกุลของอากาศและอนุภาคแขวนลอยในอากาศ ทำให้สีของลำแสงที่ผู้ชมมองเห็นเปลี่ยนไป เนื่องจากองค์ประกอบคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า เช่น สีน้ำเงินและสีเขียว ถูกกระเจิงได้มากกว่า สีเหล่านี้จึงถูกดึงออกจากลำแสงไปก่อน

ในช่วงพระอาทิตย์ขึ้นและตก เมื่อเส้นทางของแสงผ่านบรรยากาศยาวขึ้น สีสั้นอย่างน้ำเงินและเขียวจะถูกลบออกเกือบหมด เหลือแต่สีคลื่นยาวอย่างส้มและแดงที่ปรากฏให้เห็น แสงสีแดงที่ยังเหลืออาจถูกกระเจิงโดยหยดน้ำในเมฆและอนุภาคขนาดใหญ่ ทำให้ขอบฟ้าเรืองแสงเป็นสีแดงและส้ม การลบสีคลื่นสั้นนี้เกิดจากการกระเจิงเรย์ลีของโมเลกุลอากาศและอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ตามองเห็น (น้อยกว่า 50 นาโนเมตร)

การกระเจิงโดยหยดน้ำในเมฆและอนุภาคที่มีขนาดใกล้เคียงหรือใหญ่กว่าความยาวคลื่นของแสงอาทิตย์ (มากกว่า 600 นาโนเมตร) เป็นผลของการกระเจิงมี (Mie scattering) ซึ่งไม่ได้ขึ้นกับความยาวคลื่นมากนัก การกระเจิงมีเป็นสาเหตุของแสงกระเจิงจากเมฆ และยังทำให้เกิดปรากฏการณ์รัศมีสีขาวรอบดวงอาทิตย์ในตอนกลางวัน (เกิดจากการกระเจิงไปข้างหน้า)

สีของพระอาทิตย์ตกมักสว่างสดใสกว่าพระอาทิตย์ขึ้น เพราะอากาศในช่วงเย็นมีอนุภาคมากกว่าช่วงเช้า เถ้าจากการระเบิดของภูเขาไฟที่ลอยอยู่ในโทรโพสเฟียร์มักทำให้สีของพระอาทิตย์ขึ้นและตกจางลง ในขณะที่เถ้าที่ลอยสูงขึ้นไปในสตราโตสเฟียร์ในรูปของกลุ่มละอองกรดซัลฟิวริกขนาดเล็ก อาจทำให้เกิดสีสวยงามหลังพระอาทิตย์ตกเรียกว่า afterglow หรือก่อนพระอาทิตย์ขึ้น การระเบิดหลายครั้ง เช่น ภูเขาไฟปินาตูโบในปี 1991 และ ภูเขาไฟกรากะตัวในปี 1883 ได้พ่นกรดซัลฟิวริกขึ้นสู่สตราโตสเฟียร์สูงมากพอที่จะทำให้เกิดแสงเรืองหลังพระอาทิตย์ตกและก่อนพระอาทิตย์ขึ้นที่สวยงามทั่วโลก

 ภาพลวงตาและปรากฏการณ์อื่น ๆ 

 การหักเหของแสงในบรรยากาศ ทำให้เราสามารถเห็นดวงอาทิตย์ขณะยังอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า
 แสงจากขอบล่างของดวงอาทิตย์จะถูกหักเหมากกว่าขอบบน ทำให้ความสูงของดวงอาทิตย์ที่เห็นใกล้ขอบฟ้าลดลง ความกว้างไม่ได้เปลี่ยน จึงทำให้ดวงอาทิตย์ดูแบน
 ดวงอาทิตย์ดูใหญ่ขึ้นในขณะพระอาทิตย์ขึ้นกว่าตอนที่อยู่สูงบนฟ้า ซึ่งคล้ายกับภาพลวงตาของดวงจันทร์
 ดวงอาทิตย์ดูเหมือนลอยขึ้นและโคจรรอบโลก แต่จริง ๆ แล้วโลกเป็นฝ่ายหมุน โดยดวงอาทิตย์ยังอยู่กับที่ ภาพลวงตานี้เกิดจากการที่ผู้สังเกตอยู่ในกรอบอ้างอิงหมุน
 บางครั้งก่อนพระอาทิตย์ขึ้นหรือหลังพระอาทิตย์ตก จะเห็นพระอาทิตย์ขึ้นหลอก ซึ่งเป็นพระอาทิตย์จำแลงชนิดพิเศษ และเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์รัศมีแสง
 บางครั้งก่อนพระอาทิตย์ขึ้นหรือหลังพระอาทิตย์ตก จะเห็นแสงเขียว ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่จุดสีเขียวจะปรากฏเหนือดวงอาทิตย์ในช่วงเวลาสั้น ๆ

 ดูเพิ่ม 
 แอนาเล็มมา
 ย่ำรุ่ง
 วัน
 กลางวัน
 พลบค่ำ
 เงาโลก มองเห็นได้ตอนพระอาทิตย์ขึ้น
 พระอาทิตย์ขึ้นแรก
 ชั่วโมงทอง (การถ่ายภาพ)
 การขึ้นแบบเฮลิแอก
 เที่ยงวัน
 ท้องฟ้าสีแดงยามเช้า
 สมการพระอาทิตย์ขึ้น
 พระอาทิตย์ตก

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

 Full physical explanation of sky color, in simple terms
 An Excel workbook with VBA functions for sunrise, sunset, solar noon, twilight (dawn and dusk), and solar position (azimuth and elevation)
 Sun data for various cities

หมวดหมู่:บทความที่มีคลิปวิดีโอ
หมวดหมู่:เหตุการณ์ประจำวัน
หมวดหมู่:ช่วงเช้า
หมวดหมู่:ปรากฏการณ์บนโลก
หมวดหมู่:ส่วนต่างๆ ของวัน
หมวดหมู่:ปรากฏการณ์สุริยะ