[C#] [Algorithm] 위도, 경도 값을 이용하여 일출 / 일몰 시각 계산하기

    private void degtorad(object deg)
    {
        return Math.PI * deg / (double)180;
    }

    private void radtodeg(object rad)
    {
        return 180 * rad / Math.PI;
    }

    private void sin(object deg)
    {
        return Math.Sin(degtorad(deg));
    }

    private void cos(object deg)
    {
        return Math.Cos(degtorad(deg));
    }

    private void tan(object deg)
    {
        return Math.Tan(degtorad(deg));
    }

    private void asin(object x)
    {
        return radtodeg(Math.Asin(x));
    }

    private void acos(object x)
    {
        return radtodeg(Math.Acos(x));
    }

    private void atan(object x)
    {
        return radtodeg(Math.Atan(x));
    }

    private void modpos(object x, object m)
    {
        return ((x % m) + m) % m;
    }

    // 위도 (lat) 와 경도 (lng) 를 나타내는 상수를 선언하는 부분입니다.
    // 위도와 경도는 지구 상의 특정 위치를 나타내는 좌표입니다.
    // 위도는 적도로부터 북쪽 또는 남쪽으로 얼마나 떨어져 있는지를 의미하며,  
    // 경도는 그리니치 천문대로부터 동쪽 또는 서쪽으로 얼마나 떨어져 있는지를 의미합니다.

    private const string lat = "[위도 값]";
    private const string lng = "[경도 값]";

    // official': 90.833333,
    // 90deg 50'
    // civil': 96,
    // nautical': 102,
    // astronomical': 108


    // 천정각은 태양이 지평선과 이루는 각도를 말합니다.
    // 천정각이 "90.833333" 으로 태양이 지평선에서 정확히 90.833333 도 높이에 있을 시점으로,
    // 태양이 지평선 바로 위 정오에 가장 높이 떠 있을 시점을 의미합니다.
    private const var zenith = 90.833333;

    private DateTimeOffset SolarCalculation(DateTime eventDate, bool isRising)
    {
        // 먼저 올해의 날짜를 계산합니다.

        // eventDate가 1년 중 몇 번째 날인지를 계산하는 부분입니다.
        //  계산한 결과는 변 N 에 저장됩니다. 태양의 위치를 계산하는 데 중요한 조건 중 하나입니다.
        var N = eventDate.DayOfYear;

        // 경도 값을 시간 값으로 변환하고 대략적인 시간을 계산합니다.

        // 경도를 시간 값으로 변환하고, 일출 또는 일몰의 대략적인 시간을 계산하는 부분입니다.
        // 계산한 결과는 변수 t 에 저장니다.
        // 여기서 경도를 15 로 나누는 이유는 １ 시간 당 지구가 15 도 자전하기 때문입니다.
        // 따라서 경도를 15 로 나누면 해당 위치의 시간대를 얻을 수 있습니다.
        var lngHour = lng / (double)15;

        // t 는 1 년 중 몇 번째 날인지 (N) 와 그 날의 특정 시간대를 합친 값입니다.
        // 일출이면 6 (오전 6 시), 일몰이면 18 (오후 6 시) 을 반환합니다.
        var t = N + ((isRising ? 6 : 18 - lngHour) / 24);

        // Calculate the Sun's mean anomaly.
        // 태양의 평균 편차를 계산합니다.

        // 계산한 결과는 M에 저장됩니다.
        // 태양의 평균 편차는 태양이 지구 주위를 원형 궤도로 돌아가는 것처럼 가정했을 때의 위치를 뜻합니다.
        // 실제로는 태양의 궤도는 완벽한 원형이 아니라 약간 타원형이므로, 결과 값은 실제 태양의 위치와 약간 차이가 있습니다.
        // t 는 특정 날짜를 기준으로 한 시간입니다. 이 공식은 태양의 움직임을 근사화한 것으로, 태양이 일 년 동안 하늘을 움직이는 경로를 모형화합니다.
        // M 은 평균 경도를 나타냅니다. 0.9856 은 태양이 하루에 움직이는 평균 각도입니다. -3.289은 초기 평균 경도를 조정하는 상수 입니다
        var M = (0.9856 * t) - 3.289;

         // Calculate the Sun's true longitude.
         // 태양의 실제 경도를 계산합니다.

         // 계산한 결과는 변수 L 에 저장됩니다. 실제 경도는 태양의 실제 위치를 나타냅니다.
         // 이 값은 태양의 평균 편차 (M) 와 태양의 궤도가 타원형인 것을 보정하는 항목들을 합친 것입니다.
         // L 은 실제 경도를 나타냅니다.
         //  1.916 * sin(M) 와 0.02 * sin(2 * M)은 태양의 궤도가 완전한 원형이 아니라 타원형이므로 발생하는 경도의 변화를 보정하기 위한 계산식입니다.
         // 282.634 는 초기 실제 경도를 조정하는 상수입니다.
        var L = M + (1.916 * sin(M)) + (0.02 * sin(2 * M)) + 282.634;

         // NOTE: L potentially needs to be adjusted into the range [0, 360] by adding / subtracting 360.
         // 참고: 경도는 잠재적으로 360 을 가산하거나 차감해서 [0, 360] 범위로 조정해야 합니다.
        L = modpos(L, 360);

        // Calculate the Sun's right ascension
        // 태양의 적경을 계산합니다.

        // 여기서 0.91764 는 태양의 궤도 기울기를 나타내는 상수 입니다.
        // 태양의 궤도가 지구의 적도에 대해 약 23.44 도로 기울어져 있음을 고려하여 도출된 값입니다.
        // 기울기를 고려하지 않으면 태양의 위치를 정확하게 계산할 수 없습니다.
        var RA = atan(0.91764 * tan(L));

        // RA potentially needs to be adjusted into the range [0, 360] by adding / subtracting 360.
        // 적경은 잠재적으로 360 을 가산하거나 차감해서 [0, 360] 범위로 조정해야 합니다.

        // 적경을 0 도 이상 360 도 미만의 범위로 조정하는 부분입니다. 적경은 하늘에서 별이나 태양이 어디에 위치해 있는지를 나타내는 좌표 중 하나입니다.
        // 적경은 보통 도 단위로 표현되며, 0 도에서 360 도 사이의 값으로 나타낼 수 있습니다.
        // 해당 범위를 벗어나는 값은 혼동을 일으킬 수 있으므로, modpos 함수를 사용하여 적경을 이 범위 내로 조정합니다.
        // 시계가 12 시를 넘어가면 다시 1 시로 돌아가는 것처럼, 적경도 360 도 이상이라면 이후부터는 0 도 부터 가산됩니다.
        RA = modpos(RA, 360);

        // Right ascension value needs to be in the same quadrant as L
        // 적경 값은 경도와 동일한 사분면에 있어야 합니다.

        // 적경(RA)을 실제 경도(L)와 같은 사분면에 위치하도록 조정하는 부분입니다. 이를 이해하기 위해서는 먼저 사분면에 대한 이해가 필요합니다.
        // 평면을 4 개의 영역으로 나눈 각 영역을 통틀어 사분면이라 합니다.
        // 보통 원이나 원형의 도표에서 사용되며, 각각의 사분면은 90 도의 각도를 가집니다.
        // 따라서 360 도를 4 로 나누면 90 도가 되는데, 하나의 사분면을 의미합니다.

        // 실제 경도(L)와 적경(RA)이 속한 사분면을 계산하는 부분입니다.
        // Math.Floor(L / 90) * 90는 실제 경도를 90으로 나눈 후 버림하여 정수 부분만 가져온 후 다시 90을 곱합니다.
        // 이를 통해 실제 경도가 속한 사분면의 시작점을 얻을 수 있습니다. 적경에 대해서도 동일한 연산을 수행합니다.
        var Lquad = (Math.Floor(L / (double)90)) * 90;
        var RAquad = (Math.Floor(RA / (double)90)) * 90;

        // 적경을 실제 경도와 같은 사분면에 위치하도록 조정하는 부분입니다.
        // Lquad - RAquad는 실제 경도와 적경이 속한 사분면 사이의 차이를 계산합니다.
        // 계산한 차를 적경에 더함으로써 적경을 실제 경도와 같은 사분면에 위치하도록 조정합니다.
        // 결과적으로 적경과 실제 경도가 같은 사분면에 위치하게 되므로, 태양의 위치를 보다 정확하게 계산할 수 있습니다.
        RA += (Lquad - RAquad);

        // Right ascension value needs to be converted into hours.
        // 적경 값을 시간으로 변환합니다.
        // 적경은 원래 도 단위로 표현되지만, 여기서는 시간 단위로 변환하여 사용합니다.
        RA /= (double)15;

        // 태양의 적위를 계산합니다.
        // 태양의 적위를 계산하는 부분입니다. 여기서 0.39782 는 태양의 궤도 기울기의 사인 (Sine) 값을 나타내는 상수입니다.
        // 태양의 궤도가 지구의 적도에 대해 약 23.44 도로 기울어져 있음을 고려한 것입니다.
        // 태양의 기울기를 고려하지 않으면 위치를 정확하게 계산할 수 없습니다.
        var sinDec = 0.39782 * sin(L);
        var cosDec = cos(asin(sinDec));

        // 태양의 현지 시간 각도를 계산합니다.
        // 만약 계산한 결과가 1보다 크거나 -1보다 작다면, 즉 계산 결과가 유효하지 않다면 Null 을 반환합니다.
        var cosH = (cos(zenith) - (sinDec * sin(lat))) / (double)(cosDec * cos(lat));
        if (cosH > 1 | cosH < -1)
            return default(DateTimeOffset);

        // Finish calculating local hour angle and convert into hours.
        // 현지 시간 각도 계산을 마치고 시간으로 변환합니다.

        // If(isRising, 360 - acos(cosH), acos(cosH)) 부분은 일출이면 360 - acos(cosH), 일몰이면 acos(cosH) 를 적용합니다.
        // 그리고 그 결과를 15 로 나누어 시간으로 변환합니다.
        // 변수 H 는 앞서 계산한 현지 시간 각도, RA는 적경, t 는 일출 또는 일몰의 대략적인 시간을 의미합니다.
        var H = isRising ? 360 - acos(cosH) : acos(cosH) / (double)15;

        // Calculate local mean time of rising / setting.
        // 해가 뜨거나 지는 현지 평균 시간을 계산합니다.

        // 태양의 위치를 계산하는 공식의 일부입니다.
        // Tt 는 해가 뜨거나 지는 현지 평균 시간을 나타냅니다.
        // H 는 현지 시간 각도, RA 는 적경,
        // t 는 일출 또는 일몰의 대략적인 시간을 나타냅니다.

        // 0.06571 과 -6.622 는 태양의 움직임을 근사화하는 데 사용되는 상수 값입니다.
        // 0.06571 은 태양의 움직임에 대한 일일 변화율을 나타내는 상수 입니다. 이 값은 태양이 하루 동안 얼마나 움직이는지를 나타내는 값으로,
        // 0.06571 이라는 값에 t 를 곱하면 특정 시간에 대한 태양의 움직임을 계산할 수 있습니다.
        // -6.622는 초기 시간 오프셋을 나타내는 상수로 태양의 위치를 계산할 때 사용되는 시간 체계와 실제 시간 체계 사이의 차이를 보정하는 데 사용됩니다.
        // 두 가지 상수는 태양의 움직임을 정확하게 모형화하는 데 필요한 값들로, 천문학자들이 오랜 기간 수집한 데이터를 바탕으로 결정된 값들입니다. 
        var Tt = H + RA - (0.06571 * t) - 6.622;

        // Adjust back to UTC.
        // 협정 세계 시 기준으로 다시 조정합니다.
        var utc = Tt - lngHour;

        // 협정 세계 시를 [0, 24] 범위로 조정하는 부분입니다.
        // NOTE: UTC potentially needs to be adjusted into the range [0, 24] by adding / subtracting 24.
        // UTC는 잠재적으로 24 를 가산하거나 차감해서 [0, 24] 범위로 조정해야 합니다.
        utc = modpos(utc, 24);

        // 협정 세계 시를 시간과 분으로 변환하는 부분입니다.
        int hours = Math.Floor(utc);
        int minutes = Math.Round(60 * (utc - hours));

        // 분 값이 60 이상이라면 시간을 1 증가시키고 분을 0 으로 설정하는 부분입니다.
        // 만약 시간이 24 이상이라면 날짜 (일자) 를 1 증가시키고 시간을 0 으로 설정하는 부분입니다.
        if (minutes == 60)
        {
            minutes = 0;
            hours += 1;
            if (hours == 24)
            {
                hours = 0;
                eventDate.AddDays(1);
            }
        }

        // 계산한 결과를 DateTimeOffset 타입으로 변환하고 반환하는 부분입니다. 만약 일출 시간을 계산했다면, 반환되는 시간에서 하루를 차감합니다.
        // SolarCalculation 함수는 주어진 날짜에 대해 일출 또는 일몰 시간을 계산하는 역할을 합니다.
        DateTimeOffset dateOut = new DateTimeOffset(eventDate.Year, eventDate.Month, eventDate.Day, hours, minutes, 0, new TimeSpan(0, 0, 0));
        return isRising ? dateOut.AddDays(-1) : dateOut;
    }