в повседневной жизни мы пользуемся солнечным временем

Виды времени [астрономии, Отсчёт, Измерение]

Время в астрономии делится на звёздное время, солнечное время и поясное время. Во всех этих случаях прилагательное определяет, каким методом из­меряется время и какая единица используется. В астрономии за единицу времени принимаются звёздные сутки.

Все системы измере­ния времени относятся к реально и объективно существующе­му времени и отличаются исключительно выбором периодиче­ского процесса, используемого для измерения, и принятыми единицами.

Названия: среднее солнечное, по­ясное, декретное, летнее и эфемеридное время — относятся только к показаниям наших часов. В повседневной жизни человек использует среднее солнечное время.

Звёздное время

Для измерения времени нужен периодический процесс, который отличался бы стабильностью и повторялся бы сколь угодно долго. Желательно, чтобы было возможно отме­чать малые доли этого процесса. Такой процесс есть: это вра­щение Земли относительно звёзд.

Небесная сфера используется как часы. Но в этих часах циферблатом служит звёздное небо, а стрелкой — небесный меридиан. Часы не совсем обычные: в них неподвижна стрел­ка, а циферблат вертится.

Солнечное время

В повседневной жизни пользоваться звёздными часами очень неудобно. Ведь повседневная жизнь человека зависит от Солнца. Нам важно, чтобы в одно и то же время по часам было свет­ло, чтобы сутки начинались ночью, когда мы спим. Поэтому мы измеряем время по солнечным часам и называем его сол­нечным временем.

Солнечное время бывает истинным и средним. Разность между ними называется уравнением времени.

Эфемеридное время

Поясное время

Принято считать, что сутки начинаются в полночь, кото­рая совпадает с нижней кульминацией Солнца. Часы показы­вают, какая часть суток прошла с момента полуночи. Ясно, что на разных меридианах момент полуночи наступает не в один и тот же момент времени, следовательно, на каждом ме­ридиане часы показывают своё время. Так и было до конца XIX в. Но развитие железных дорог, телеграфа, затем радио привело к тому, что такой порядок исчисления времени стал неудобным.

Наша Земля поворачивается вокруг своей оси за одни сутки, то есть делает оборот на 360 градусов за 24 часа. За один час она по­ворачивается на 360:24=15 градусов. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

С 1884 г. вся Земля была разбита на 24 часовых пояса. Внутри пояса все часы стали показывать одно и то же время, а в соседних поясах показания их отличались на 1 ч. Границы поясов пытались провести точно по меридиану, но это неудобно, и каждое государство провело их по своему ус­мотрению. Это время называется поясным.

В восточном направлении время в соседнем поясе сдвигается на 1 час вперед — там солнце встает раньше, в западном — на один час назад.

Декретное время

В Советском Сою­зе с 1930 г. часы были переведены на 1 ч вперёд. Это время назы­вается декретным.

Летнее время

С 1986 г. летом стрелки часов пе­реводятся ещё на 1 ч вперёд, осенью они возвращаются на­зад. Это время называется летним.

Источник

В повседневной жизни мы пользуемся солнечным временем

Истинное солнечное время связано с движением истинного Солнца. В качестве единицы измерения времени приняты истинные солнечные сутки. Из практических соображений условились за начало истинных солнечных суток на данном меридиане считать момент нижней кульминации истинного Солнца, т. е. момент средней полуночи (рис. 3.4). Это вызвано тем, что начало суток удобнее считать не с полудня, а с полуночи. В противном случае пришлось бы изменять дату среди дня. Промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями центра видимого диска истинного Солнца на одном и том же меридиане называется истинными солнечными сутками. В момент нижней кульминации истинного Солнца его часовой угол равен 180°, а истинное солнечное время равно 0. Вследствие вращения Земли часовой угол будет увеличиваться и по его изменению можно судить о времени нижней кульминации истинного Солнца.

Таким образом, истинным солнечным временем называется время, протекшее от момента нижней кульминации истинного Солнца до любого другого его положения и выраженное в долях истинных солнечных суток. Истинное солнечное время на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу истинного Солнца выраженному во времени, и измененному на

Если Солнце не закрыто облаками, то можно непосредственно измерить его часовой угол и затем рассчитать истинное солнечное время. В момент верхней кульминации (в истинный полдень) и, следовательно, истинное солнечное время в полдень всегда равно 12 ч.

Рис. 3. 4. Истинное солнечное время

Рис. 3.5. Влияние наклона эклиптики на продолжительность истинных солнечных суток

Как видно из этого, измерять время истинными солнечными сутками просто. Истинное солнечное время согласуется с условиями естественного освещения, но все же пользоваться им в повседневной жизни так же неудобно, как и звездным. Сложность применения этого времени в повседневной жизни состоит в том, что продолжительность истинных солнечных суток в течение года меняется. И хотя это изменение невелико, учесть его практически нельзя, так как для этого нужно было бы ежедневно регулировать часы, чтобы они показывали истинное время.

Истинные солнечные сутки изменяют свою продолжительность в течение года по двум причинам. Первая причина состоит в том, что неравномерное движение Земли по орбите вокруг Солнца определяет неравномерность видимого движения Солнца по эклиптике. В летнее время оно движется медленнее, чем в зимнее. Поэтому истинные солнечные сутки длиннее зимой, а короче летом. Максимальная разница в продолжительности истинных солнечных суток составляет примерно 51 с.

Вторая причина изменения продолжительности истинных солнечных суток заключается в том, что Солнце движется не по небесному экватору, в плоскости которого ведется отсчет часовых углов, а по эклиптике, значительно наклоненной к небесному экватору. Поэтому даже если бы Солнце перемещалось по эклиптике равномерно, то и тогда бы продолжительность истинных солнечных суток была бы неодинаковой. Из рис. 3.5 видно, что равные дуги эклиптики, спроектированные на небесный экватор, образуют отрезки, которые по величине отличаются от соответствующих отрезков эклиптики. Вблизи равноденственных точек спроектированные отрезки меньше соответствующих отрезков эклиптики, а вблизи точек солнцестояний больше. Уменьшение отрезков вблизи равноденственных точек обусловлено наклоном проектируемых дуг эклиптики к небесному экватору, а увеличение отрезков вблизи точек солнцестояний — расхождением часовых кругов по мере их удаления от полюсов.

Указанные причины приводят к тому, что истинные солнечные сутки непостоянны по своей продолжительности и поэтому мерой времени служить не могут, так как основное свойство единицы измерения — ее постоянство. Поскольку истинное солнечное время неравномерно и продолжительность истинных солнечных суток не является постоянной величиной в течение года, пользоваться истинным солнечным временем в повседневной жизни неудобно. Поэтому для измерения солнечного времени в практической жизни было введено среднее Солнце, которое обеспечивает постоянство продолжительности солнечных суток и в то же время связывает их с движением истинного Солнца.

Источник

История календаря

Главная

Первые календари

Основы календаря

Солнечный календарь

Римский календарь

Календарь Майя

Семидневная неделя

Заключение

Астрономические основы календаря

1. Сутки как одна из основных единиц измерения времени

Вращение Земли и видимое движение звездного неба. Основная величина для измерения времени связана с периодом полного оборота земного шара вокруг своей оси. До недавнего времени считалось, что вращение Земли происходит совершенно равномерно. Однако сейчас в этом вращении обнаружились некоторые неравномерности, но они столь малы, что не имеют значения для построения календаря.

Находясь на поверхности Земли и участвуя вместе с нею в ее вращательном движении, мы не ощущаем его. О вращении земного шара вокруг оси мы судим лишь по тем видимым явлениям, которые с ним связаны. Следствием суточного вращения Земли является, например, видимое движение небесного свода со всеми находящимися на нем светилами: звездами, планетами, Солнцем, Луной и т. д.

Звездные сутки. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями звезды называется звездными сутками. Более точное определение звездных суток такое: это промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия. Они представляют собой одну из основных единиц измерения времени, так как продолжительность их остается неизменной.

Звездные сутки делятся на 24 звездных часа, каждый час — на 60 звездных минут, каждая минута — на 60 звездных секунд. Звездные часы, минуты и секунды отсчитываются на звездных часах, которые имеются в каждой астрономической обсерватории и всегда показывают звездное время.

Пользоваться в повседневной жизни такими часами неудобно, так как один и тот же звездный час в течение года приходится на различное время солнечных суток. Жизнь природы, а вместе с ней вся трудовая деятельность людей, связана не с движением звезд, а со сменой дня и ночи, т. е. с суточным движением Солнца. Поэтому в повседневной жизни мы пользуемся не звездным временем, а солнечным. Понятие солнечного времени значительно сложнее понятия звездного времени. Прежде всего надо ясно представить себе видимое движение Солнца.

2. Видимое годовое движение Солнца

Эклиптика. Наблюдая из ночи в ночь за звездным небом, можно заметить, что в каждую последующую полночь кульминируют все новые и новые звезды. Это объясняется тем, что вследствие годового движения земного шара по орбите происходит движение Солнца среди звезд. Оно совершается в том же направлении, в каком вращается Земля, т. е. с запада на восток. Путь видимого движения Солнца среди звезд называется эклиптикой. Он представляет собой на небесной сфере большой круг, плоскость которого наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°27′ и пересекается с небесным экватором в двух точках. Это точки весеннего и осеннего равноденствий. В первой из них Солнце бывает около 21 марта, когда оно переходит из южного небесного полушария в северное. Во второй точке оно находится около 23 сентября, когда переходит из северного полушария в южное.

Зодиакальные созвездия. Двигаясь по эклиптике, Солнце в течение года последовательно перемещается среди следующих 12 созвездий, расположенных вдоль эклиптики и составляющих пояс зодиака:

Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог и Водолей. (Строго говоря, Солнце проходит и через 13-е созвездие — Змееносец. Это созвездие было бы даже более правильно считать зодиакальным, чем такое созвездие, как Скорпион, в котором Солнце находится менее продолжительное время, чем в каждом из остальных созвездий.) Эти созвездия, названные зодиакальными, свое общее название получили от греческого слова «зоон» — животное, так как многие из них еще в глубокой древности были названы именами животных.

В каждом из зодиакальных созвездий Солнце бывает в среднем около месяца. Поэтому еще в древности каждому месяцу соответствовал определенный знак зодиака. Март, например, был обозначен знаком Овна, так как в этом созвездии около двух тысяч лет назад находилась точка весеннего равноденствия и, следовательно, Солнце в марте проходило это созвездие.

Вследствие прецессии точка весеннего равноденствия перемещается вдоль эклиптики к западу, т. е. навстречу видимому движению Солнца, на величину 50″,3 в год. Поэтому полный круг она сделает примерно за 26 000 лет. По этой же причине северный полюс мира, находящийся в наше время вблизи Полярной звезды, 4000 лет назад находился вблизи a Дракона, а через 12 000 лет будет вблизи Веги (a Лиры).

Вследствие прецессии точка весеннего равноденствия за последние две тысячи лет переместилась вдоль эклиптики почти на 30° и перешла из созвездия Овна в созвездие Рыб. В наше время Солнце бывает в созвездии Овна не в марте, а в апреле, в Тельце — не в апреле, а в мае и т. д.

3. Солнечные сутки и солнечное время

Истинные солнечные сутки. Если с помощью пассажного инструмента наблюдать не звезды, а Солнце и ежедневно отмечать время прохождения центра солнечного диска через меридиан, т. е. момент его верхней кульминации, то можно обнаружить, что промежуток времени между двумя верхними кульминациями центра солнечного диска, который называется истинными солнечными сутками, всегда оказывается длиннее звездных суток в среднем на 3 мин. 56 сек., или приблизительно на 4 мин. Это происходит от того, что Земля, обращаясь вокруг Солнца, совершает полный оборот вокруг него в течение года, т. е. приблизительно за 365 с четвертью суток. Отражая это движение Земли, Солнце за одни сутки перемещается примерно на 1/365 своего годового пути, или на величину около одного градуса, что соответствует четырем минутам времени.

Однако в отличие от звездных суток истинные солнечные сутки периодически меняют свою продолжительность. Это вызывается двумя причинами: во-первых, наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, во-вторых, эллиптической формой орбиты Земли.

Когда Земля находится на участке эллипса, расположенном ближе к Солнцу, то она движется быстрее; через полгода Земля окажется в противоположной части эллипса и будет перемещаться по орбите медленнее. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое передвижение Солнца по небесной сфере: в разное время года Солнце перемещается с различной скоростью. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток постоянно меняется. Так, например, 23 декабря, когда истинные сутки наиболее длинные, они на 51 сек. продолжительнее, чем 16 сентября, когда они всего короче.

Средние солнечные сутки. Вследствие неравномерности истинных солнечных суток пользоваться ими в качестве единицы для измерения времени неудобно. Об этом хорошо знали около трехсот лет назад парижские часовщики, когда писали па своем цеховом гербе: «Солнце показывает время обманчиво».

Все наши часы — наручные, стенные, карманные и другие — отрегулированы не по движению истинного Солнца, а по движению воображаемой точки, которая в течение года совершает один полный оборот вокруг Земли за такое же время, как и Солнце, но перемещается при этом по небесному экватору и совершенно равномерно. Называется такая точка средним солнцем.

Момент прохождения среднего солнца через меридиан называют средним полднем, а промежуток времени между двумя последовательными средними полднями — средними солнечными сутками. Продолжительность их всегда одинакова. Их делят на 24 часа, каждый час среднего солнечного времени в свою очередь делится на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд среднего солнечного времени.

Именно средние солнечные сутки, а не звездные сутки являются одной из основных единиц измерения времени, положенной в основу современного календаря. Разность между средним солнечным временем и истинным временем в один и тот же момент называется уравнением времени.

4. Смена времен года

Видимое движение Солнца. В основе современного календаря лежит периодическая смена времен года. Мы уже знаем, что Солнце движется по эклиптике и в дни весеннего (около 21 марта) и осеннего (около 23 сентября) равноденствий пересекает небесный экватор. Так как плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°27′, то Солнце может отойти от экватора не больше чем на этот угол. Такое положение Солнца наступает около 22 июня, в день летнего солнцестояния, который и принимается за начало астрономического лета в северном полушарии, и около 22 декабря, в день зимнего солнцестояния, когда в северном полушарии наступает астрономическая зима.

Наклон земной оси. Ось вращения земного шара наклонена к плоскости орбиты Земли на угол 66°33′. При движении Земли вокруг Солнца ось вращения земного шара остается параллельной самой себе. В дни равноденствий Солнце освещает в одинаковой мере оба полушария Земли и на всем земном шаре день равен ночи. В остальное время эти полушария освещаются по-разному. Летом северное полушарие освещается больше, чем южное, па Северном полюсе стоит непрерывный день и в течение полугода светит незаходящее Солнце, а в это же время на Южном полюсе, в Антарктике, стоит полярная ночь. Таким образом, наклон оси земного шара к плоскости орбиты Земли в сочетании с годовым движением Земли вокруг Солнца является причиной смены времен года.

Изменение полуденной высоты Солнца. В результате перемещения по эклиптике Солнце ежедневно меняет точки восхода и захода, а также свою полуденную высоту. Так, на широте Петербурга в день зимнего солнцестояния, т. е. около 22 декабря, Солнце восходит на юго-востоке, в полдень достигает небесного меридиана на высоте всего 6°,5 и заходит на юго-западе. Этот день в Петербурге самый короткий в году — он длится всего 5 час. 54 мин.

На следующий день Солнце взойдет уже несколько восточное, в полдень поднимется немного выше вчерашнего, а зайдет несколько западнее. Так будет продолжаться до дня весеннего равноденствия, наступающего около 21 марта. В этот день Солнце взойдет точно в точке востока, а высота его увеличится на 23°,5 по сравнению с полуденной высотой в день зимнего солнцестояния, т. е. будет равна 30°. Затем Солнце начнет опускаться и зайдет точно в точке запада. В этот день ровно половину своего видимого пути Солнце совершит над горизонтом, а другую половину — под ним. Поэтому день будет равен ночи.

После весеннего равноденствия точки восхода и захода Солнца продолжают смещаться к северу, а полуденная высота — увеличивается. Так происходит до дня летнего солнцестояния, когда Солнце восходит на северо-востоке и заходит на северо-западе. Полуденная высота Солнца увеличится еще на 23″,5 и будет равна в Петербурге около 53°,5.

Затем Солнце, продолжая свой путь по эклиптике, с каждым днем опускается все ниже, и дневной путь его укорачивается. Около 23 сентября день вновь равен ночи. В дальнейшем полуденное Солнце продолжает опускаться все ниже, дни в нашем полушарии укорачиваются, пока вновь не настанет зимнее солнцестояние.

Видимое движение Солнца и связанная с ними смена времен года были хорошо известны древним наблюдателям. Необходимость предсказывать наступление того или иного времени года послужила толчком к созданию первых календарей, основанных на движении Солнца.

5. Астрономические основы календаря

Мы уже знаем, что в основе всякого календаря лежат астрономические явления: смена дня и ночи, изменение лунных фаз и смена времен года. Эти явления дают три основные единицы измерения времени, лежащие в основе любой календарной системы, а именно: солнечные сутки, лунный месяц и солнечный год. Принимая средние солнечные сутки за величину постоянную, установим продолжительность лунного месяца и солнечного года. На протяжении всей истории астрономии продолжительность этих единиц измерения времени все время уточнялась.

Синодический месяц. В основе лунных календарей лежит синодический месяц — промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны. Первоначально, как уже известно, он определялся в 30 суток. Позже было установлено, что в лунном месяце 29,5 суток. В настоящее время средняя продолжительность синодического месяца принимается равной 29,530588 средних солнечных суток, или 29 суткам 12 часам 44 минутам 2,8 секунды среднего солнечного времени.

Тропический год. Исключительно важное значение имело постепенное уточнение продолжительности солнечного года. В первых календарных системах год содержал 360 суток. Древние египтяне и китайцы около пяти тысяч лет назад определили длину солнечного года в 365 суток, а за несколько столетий до нашей эры как в Египте, так и в Китае продолжительность года была установлена в 365,25суток.

В основу современного календаря положен тропический год — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия.

Определением точного значения величины тропического года занимались такие выдающиеся ученые, как П. Лаплас (1749-1827) в 1802 г., Ф. Бессель (1784—1846) в 1828 г., П. Ганзен (1795-1874) в 1853 г., У. Леверье (1811—1877) в 1858 г., и некоторые другие.

Когда в 1899 г. по инициативе Д. И. Менделеева (1834—1907) при Русском астрономическом обществе была образована комиссия по реформе существовавшего тогда в России юлианского календаря, великий ученый решил, что для успешной работы комиссии прежде всего надо знать точную длину тропического года. Для этого Д. И. Менделеев обратился к выдающемуся американскому астроному С. Ньюкому (1835—1909), который прислал ему обстоятельный ответ. Для определения продолжительности тропического года С. Ньюком предложил общую формулу:

где t — порядковое число года.

В октябре 1960 г. в Париже состоялась XI Генеральная конференция по мерам и весам, на которой была принята единая международная система единиц (СИ) и утверждено новое определение секунды как основной единицы времени, рекомендованное IX конгрессом Международного астрономического союза (Дублин, 1955 г.).

В соответствии с принятым решением эфемеридная секунда определяется как 1/31556925,9747 часть тропического года для начала 1900 г. Отсюда легко определить величину тропического года:

Т ==- 365 дней 5 час. 48 мин. 45,9747 сек.

или Т = 365,242199 суток.

Для календарных целей такая высокая точность не требуется. Поэтому, округляя до пятого десятичного знака, получим

Такое округление величины тропического года дает ошибку в одни сутки за 100 000 лет. Поэтому принятая нами величина вполне может быть положена в основание всех календарных расчетов.

Итак, ни синодический месяц, ни тропический год не содержат целого числа средних солнечных суток и, следовательно, все эти три величины несоизмеримы. Это значит, что невозможно достаточно просто выразить одну из этих величин через другую, т. е. нельзя подобрать некоторое целое число солнечных годов, в которых содержалось бы целое число лунных месяцев и целое число средних солнечных суток. Именно этим объясняется вся сложность календарной проблемы и вся та путаница, которая в течение многих тысячелетий царила в вопросе счисления больших промежутков времени.

Три рода календарей. Стремление хотя бы до некоторой степени согласовать между собой сутки, месяц и год привело к тому, что в разные эпохи были созданы три рода календарей: солнечные, основанные на движении Солнца, в которых стремились согласовать между собою сутки и год; лунные (основанные па движении Луны) целью которых являлось согласование суток и лунного месяца; наконец, лунно-солнечные, в которых были сделаны попытки согласовать между собою все три единицы времени.

В настоящее время почти все страны мира пользуются солнечным календарем. Лунный календарь играл большую роль в древних религиях. Он сохранился и до настоящего времени в некоторых восточных странах, исповедующих мусульманскую религию. В нем месяцы имеют по 29 и 30 дней, причем количество дней меняется с таким расчетом, чтобы первое число каждого следующего месяца совпадало с появления на небе «нового месяца». Годы лунного календаря содержат попеременно 354 и 355 дней. Таким образом, лунный год на 10—12 дней короче солнечного года.

Лунно-солнечный календарь применяется в еврейской религии для расчета религиозных праздников, а также в государстве Израиль. Он отличается особой сложностью. Год в нем содержит 12 лунных месяцев, состоящих то из 29, то из 30 дней, но для учета движения Солнца периодически вводятся «високосные годы», содержащие добавочный, тринадцатый месяц. Простые, т. е. двенадцатимесячные годы, состоят из 353, 354 или 355 дней, а високосные, т. е. тринадцатимесячные, имеют по 383, 384 или 385 дней. Этим достигается то, что первое число каждого месяца почти точно совпадает с новолунием.

Источник