שלום אביגדור,
תודה על שאלותיך. להלן תשובותיי בקיצור:
1. קרני השמש אמנם נשברות (משנות כיוון) במידת מה בעוברן דרך האטמוספרה. סמוך לזריחה וסמוך לשקיעה הקרניים עוברות דרך שכבה עבה יותר של אוויר לכן גם שבירתם שונה במקצת מאשר במשך היום. אולם שבירה זו זעירה מאד וקשה מאד לגלות אותה ללא מיכשור מיוחד.
על העובדה שבזריחה ובשקיעה קרני השמש עוברות יותר שכבות אוויר מאשר בצהרים תוכל לעמוד אם תצייר מעגל (כדור הארץ) שאותו מקיף מעגל גדול קצת יותר (אטמוספירה). מנקודה כלשהי על כדור הארץ העבר קוו ישר בכיוון הפוך למרכז המעגלים (בקירוב הכיוון לשמש בצהריים), וקוו שני בכיוון משיק למעגל (כיוון השמש בזריחה או בשקיעה). השווה את אורך הקטעים על שני הקווים שעוברים באטמוספרה, כלומר שכלואים בין המעגל הפנימי לחיצוני.
השינוי בצבע השמש איננו תוצאה של שבירה של קרני האור אלא של בליעה של מרכיבי אור שונים ע"י האטמוספרה. באופן כללי, האטמוספרה בולעת (או מפזרת) את הגוון הכחול של אור השמש ונותנת לגוונים האדומים לעבור דרכה ביתר קלות. גם לעניין זה, השוני בעובי שכבת האוויר בין שעת הזריחה (או השקיעה) לבין שעות הצהרים גורם לכך שצבע השמש משתנה. ככל שהבליעה גדולה יותר, הצבע הנראה של השמש אדום יותר.
הצבע המדויק של השמש כפי שהיא נראית ממקום מסוים כלשהו תלוי רבות גם בתנאי האקלים וזיהום האוויר המקומיים. כיוון שהרכב האטמוספרה במקומות שונים איננו אחיד, גם צבע השמש הנראה במקומות שונים איננו זהה במדויק. גם צפייה בשמש מאותו מקום בימים שונים בשנה, או אף באותו יום בין הזריחה לשקיעה, צבע השמש לא יהיה בהכרח זהה. הסיבה היא שגם באותו מקום, האטמוספרה בכיוון מזרח יכולה להיות שונה מזו שבכיוון מערב, מספיק אם למשל בכיוון מזרח עומדת ארובה שפולטת עשן לשמים.
2.מועד צהרי היום האסטרונומי מוגדר כרגע שבו השמש חוצה את קוו האורך השמימי של הצופה. זהו הרגע שבו היא נראית בשיא הגובה שלה מעל האופק באותו יום. בצהרי היום הארוך ביותר בשנה, 21 ביוני, צופה בישראל רואה את השמש בערך בזווית 81 מעלות מעל לאופק.
הרוחב הגיאוגרפי של ישראל הוא בערך 32 מעלות ונטיית ציר כדור הארץ היא 23 מעלות:
90-(32-23)=81. ביום הקצר ביותר, 21 בדצמבר, זווית השמש מעל לאופק בישראל היא :
90-(32+23)=35 מעלות.
