พระอาทิตย์ขึ้น

พระอาทิตย์ขึ้น (หรือ สุริยคราส ("sunup") คือช่วงเวลาที่ขอบบนของดวงอาทิตย์ปรากฏขึ้นเหนือขอบฟ้าในช่วงเช้า ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเส้นทางการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ คำนี้ยังสามารถหมายถึงกระบวนการทั้งหมดที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านขอบฟ้าในช่วงเช้าได้อีกด้วย
ศัพท์เฉพาะ.
แม้ดวงอาทิตย์จะดูเหมือน "ขึ้น" จากขอบฟ้า แท้จริงแล้วเป็นการเคลื่อนที่ของ"โลก"ที่ทำให้ดวงอาทิตย์ดูเหมือนเคลื่อนที่ 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:
การวัดผล.
มุมกับขอบฟ้า.
 ช่วงของการเกิดพระอาทิตย์ขึ้นที่เรียกว่า รุ่งเช้าเทียม ("false sunrise") จะเกิดขึ้น "ก่อน" ดวงอาทิตย์จะขึ้นถึงขอบฟ้าจริง ๆ เนื่องจากบรรยากาศโลกจะหักเหภาพของดวงอาทิตย์ ที่ขอบฟ้า ปริมาณเฉลี่ยของการหักเหของแสงอยู่ที่ 34 ลิปดา แม้ปริมาณนี้จะแปรผันได้ตามสภาพบรรยากาศก็ตาม
นอกจากนี้ ไม่เหมือนกับการวัดทางดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ พระอาทิตย์ขึ้นจะถือว่าเกิดขึ้นเมื่อ “ขอบบน” ของดวงอาทิตย์ (ไม่ใช่จุดศูนย์กลาง) ปรากฏให้เห็นพาดผ่านขอบฟ้า โดยรัศมีปรากฏของดวงอาทิตย์เมื่ออยู่ที่ขอบฟ้าจะมีขนาด 16 ลิปดา
เมื่อรวมมุมทั้งสองเข้าด้วยกัน จะกำหนดว่า “พระอาทิตย์ขึ้น” เกิดขึ้นเมื่อศูนย์กลางของดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า 50 ลิปดา หรืออยู่ที่ 90.83° จากจุดสุดยอดฟ้า (zenith)
เวลาของวัน.
 เวลาเกิดพระอาทิตย์ขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไปตลอดทั้งปี และยังได้รับผลกระทบจากละติจูดและลองจิจูดของผู้สังเกต ระดับความสูง และเขตเวลา การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดจากความเอียงของแกนโลก การหมุนรอบตัวเองของโลก การโคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรทรงรีประจำปี และการที่โลกและดวงจันทร์โคจรรอบกันและกัน อะนาเลมมา (analemma) สามารถใช้ประมาณเวลาเกิดพระอาทิตย์ขึ้นได้โดยคร่าว
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.
 เมื่อไม่คำนึงถึงการหักเหของแสงและขนาดของดวงอาทิตย์ พระอาทิตย์จะขึ้นทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือในซีกโลกเหนือระหว่างวิษุวัตมีนาคมถึงวิษุวัตกันยายน และขึ้นทางตะวันออกเฉียงใต้ระหว่างวิษุวัตกันยายนถึงวิษุวัตมีนาคม พระอาทิตย์จะขึ้นทางทิศตะวันออกพอดีในวันวิษุวัตมีนาคมและกันยายนสำหรับผู้สังเกตบนโลกทุกคน การคำนวณมุมอะซิมัท (azimuth) ของพระอาทิตย์ขึ้นในวันอื่น ๆ มีความซับซ้อน แต่สามารถประมาณได้แม่นยำพอสมควรโดยใช้อะนาเลมมา
ภาพทางด้านขวาคำนวณโดยใช้สูตรเรขาคณิตทางดาราศาสตร์อ้างอิงจากงานวิจัย 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