Ця симуляція показує, як тривалість дня, тривалість нічної секреції мелатоніну та змодельований індекс настрою коливаються впродовж року внаслідок нахилу земної осі на 23,45°. Фотоперіод обчислюється астрономічно за широтою та порядковим номером дня з використанням сонячного схилення та кута годинного кола сходу: тривалість дня = (2·arccos(−tan φ·tan δ))·12/π, що правильно відтворює полярний день і полярну ніч за Полярним колом.
Повзунок широти (0–70°N) задає ваше положення, повзунок місяця вибирає дату, а повзунок світлотерапії (0–6 люкс·год) додає ранкове яскраве світло, яке скорочує ефективний темний період і пригнічує секрецію мелатоніну. Перемикання між режимами «Фотоперіод», «Мелатонін» та «Модель САР» наочно пояснює, чому мешканці високих широт страждають від тривалих темних зим, що можуть спричинити сезонний афективний розлад, і чому світлотерапія є першолінійним методом лікування.
Що насправді показує ця симуляція?
Вона будує три пов'язані сезонні ефекти денного світла: річний фотоперіод (тривалість дня впродовж року), добовий профіль мелатоніну взимку та влітку, а також індекс настрою чи серотоніну, що знижується в темні місяці. Змінюйте широту, місяць і режим світлотерапії, щоб побачити, як реагує кожна крива.
Як розраховується тривалість дня?
Використовується стандартна астрономічна формула. Сонячне схилення апроксимується як 23,45° помножені на синус сезонного кута, а тривалість дня визначається за формулою (2·arccos(−tan φ·tan δ))·12/π годин, де φ — широта, δ — схилення. Коли косинусний член виходить за межі допустимого діапазону, модель повертає 24 години (полярний день) або 0 годин (полярна ніч).
Чому дні взагалі стають коротшими взимку?
Вісь обертання Землі нахилена приблизно на 23,45° відносно площини орбіти. У півкулі, нахиленій від Сонця, воно описує нижчу та коротшу дугу по небосхилу, тому світлового часу менше. Ефект посилюється з широтою — саме тому зими на великих широтах такі темні.
Широта (0–70°N) визначає, наскільки далеко на північ ви знаходитеся, і відповідно — наскільки сильним буде сезонне коливання. Поточний місяць вибирає дату для маркерів і статистики. Світлотерапія (0–6 люкс·год) додає змодельоване ранкове яскраве світло, що скорочує ефективний темний період і зменшує мелатонін у моделі.
Мелатонін — гормон, який шишкоподібна залоза виділяє в темряві, сигналізуючи про настання ночі. Симуляція будує дзвоноподібну криву з центром приблизно о 2-й годині ночі, ширина якої масштабується тривалістю темного часу (24 години мінус тривалість дня). Довші ночі дають ширше та триваліше вікно мелатоніну, а світлотерапія звужує це вікно.
САР — це рецидивуюча депресія, пов'язана з темними місяцями, яка виникає внаслідок порушення циркадного ритму та зниженої активності серотоніну. У режимі «Модель САР» індекс настрою від 0 до 100 виводиться з тривалості дня, а червона порогова лінія показує: коли змодельований настрій опускається нижче неї, заштрихована область позначає зимовий ризиковий період, що погіршується з широтою.
У симуляції світлотерапія скорочує ефективний темний період і підвищує індекс настрою, піднімаючи зимову криву назад вище порогу САР. У клінічній практиці перебування близько 30 хвилин щоранку перед лампою потужністю 10 000 люкс зсуває циркадний ритм і пригнічує денний мелатонін, що нерідко полегшує сезонні симптоми.
Крива фотоперіоду є справді точною для центру сонячного диска і збігається з опублікованими таблицями сходу та заходу сонця з точністю до кількох хвилин. Модель не враховує невеликі поправки на атмосферну рефракцію та кутовий радіус Сонця і передбачає кругову орбіту, тому реальні сутінки роблять корисний світловий день трохи довшим, ніж показано.
Ці чотири точки визначають сонячний рік. Рівнодення близько 20 березня та 22 вересня дають приблизно 12-годинний день скрізь, тоді як сонцестояння близько 21 червня та 21 грудня позначають найдовший і найкоротший дні. Маркери дозволяють побачити, наскільки стрімко змінюється фотоперіод між ними на обраній широті.
Воно лежить в основі лікування сезонної депресії за допомогою світлотерапії, боротьби з джетлагом і змінною роботою, проектування шкільного та офісного освітлення, а також сільськогосподарських і тваринницьких практик, що залежать від фотоперіоду. Хронобіологи також використовують ці залежності для вивчення того, як види синхронізують розмноження, міграцію та сплячку зі зміною сезонів.