Движение Земли как природный процесс для счета времени

Время является одной из важнейших характеристик динамики Мира. Невозможно изучать какое-либо движение без знания времени (шкалы времени – т.е. обьективного процесса). Время наравне с координатами при астрономических исследованиях входит как параметр видимых и истинных движений небесных тел. Течение времени можно измерять каким-либо периодическим процессом в природе. Реально – это чередование а) дня и ночи, т.е. связано с вращением Земли вокруг своей оси; б) сезонов года, т.е. связано с вращением Земли вокруг Солнца. Хотя следует заметить, что строго периодических колебаний в природе нет и точность шкалы времени определяется постоянством периода основного процесса.

Истинное солнечное время - Это первый вид времени в обиходе человеческой деятельности, т.к. ритм деятельности людей определяется в основном сменой дня и ночи. Истинные солнечные сутки – это промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями (вк) центра видимого диска истинного солнца на одном и том же меридиане. За начало истинных солнечных суток принят момент нижней кульминации (полночь) истинного солнца. Единицы измерения времени: сутки. Сутки делятся на часы, минуты, секунды. Эти короткие промежутки (часы, минуты, секунды) регистрируются часами, ход которых контролируется по астрономическим явлениям - (вк). Это является задачей Службы времени.

Истинное солнечное время измеряется часовым углом видимого диска солнца (начало вк, т.е. полдень) +12 часов: Т_ист= t_ист + 12^h. В истинный полдень Т_ист = 12^h и t_ист = 0.

Но истинное солнечное время – неравномерное время, определяемое движением истинного солнца и выражаемое в долях истинных солнечных суток. Неравномерность истинного солнечного времени обусловлена 1) наклоном эклиптики к экватору и 2) неравномерностью движения солнца по эклиптике ввиду эксцентриситета орбиты Земли. Например, 22 декабря (точка зимнего солнцестояния) истинные солнечные сутки длиннее на 50-51 секунду, чем 23 сентября (точка осеннего равноденствия), так как длительность суток измеряется в плоскости экватора (ЭСК), а солнце движется по эклиптике. Таким образом, длительность солнечных суток плавно изменяется в течение года на величину, примерно ±25 сек.

 

4.2 Среднее солнечное время, среднее Солнце. Уравнение времени и его компоненты.

 

С целью получения равномерного времени в астрономии введено среднее (экваториальное) солнце – фиктивная точка на небесной сфере, равномерно движущаяся по экватору со среднегодовой скоростью движения истинного Солнца по эклиптике при условии, что среднее солнце проходит точку весеннего равноденствия одновременно с истинным солнцем. Главное – положение среднего солнца может быть вычислено для любого момента!

Средние солнечные сутки– промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациямисреднего солнца на одном и том же меридиане. За начало среднесолнечных суток принят момент нижней кульминации (полночь) среднего солнца.

Среднее солнечное время – равномерное время, определяемое движением среднего солнца. Использовалось как эталон равномерного времени с масштабом в одну среднюю солнечную секунду (1/86400 доля средних солнечных суток) до 1956 года.

 

Уравнение времени

Связь между двумя системами солнечного времени устанавливает уравнение времени – разность между средним солнечным временем (Т_ср). истинным солнечным временем (Т_ист): h = Т_ср - Т_ист. Уравнение времени – величина переменная. Онадостигает +16 минут в начале ноября и –14 минут в средине февраля. Уравнение времени публикуется в Астрономических ежегодниках (АЕ). Выбирая из АЕ величину h и измеряя непосредственно часовой угол истинного солнца t_ист можно найти среднее время: Т_ср = t_ист+12^h + h.

т.е. среднее солнечное время в любой момент равно истинному солнечному времени плюс уравнение времени.

Таким образом, измерив непосредственно часовой угол Солнца t _¤, определяют истинное солнечное время и, зная уравнение времени h в этот момент, находят среднее солнечное время: T_m = t _¤ + 12^h + h. Так как среднее экваториальное солнце проходит через меридиан то раньше, то позже истинного Солнца, разность их часовых углов (уравнение времени) может быть как положительной, так и отрицательной величиной.

Уравнение времени и его изменение в течение года представлено на рисунке сплошной кривой (1). Эта кривая является суммой двух синусоид — с годичным и полугодичным периодами.

Синусоида с годичным периодом (штриховая кривая) дает разность между истинным и средним временем, обусловленную неравномерным движением Солнца по эклиптике. Эта часть уравнения времени называется уравнением центра или уравнением от эксцентриситета (2). Синусоида с полугодичным периодом (штрих-пунктирная кривая) представляет разность времен, вызванную наклоном эклиптики к небесному экватору, и называется уравнением от наклона эклиптики (3).

Уравнение времени обращается в нуль около 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря и четыре раза в году принимает экстремальные значения; из них наиболее значительные около 11 февраля (h = +14 ^m) и 2 ноября (h = —16 ^m).

Уравнение времени можно вычислить для любого момента. Оно обычно публикуется в астрономических календарях и ежегодниках для каждой средней полуночи на меридиане Гринвича. Но следует иметь в виду, что в некоторых из них уравнение времени дается в смысле «истинное время минус среднее» (h = T _¤ — Т_т) и поэтому имеет противоположный знак. Смысл уравнения времени всегда разъясняется в объяснении к календарям (ежегодникам).

 

 

4.3 Звездное время. Переход от среднего времени к звездному и обратно

Звёздные сутки - промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульмина­циями точки весеннего равноденствияна одном и том же меридиане. Это более постоянный период времени, т.е. период вращения Земли относительно далеких звезд. За начало звёздных суток принят момент её нижней кульминации, то есть полночь тогда, когда

S = t_¡ = 0. Точность звездной шкалы времени до 10^-3 секунд в течение нескольких месяцев.

Таким образом, процесс вращения Земли вокруг своей оси определяет три вида времени суток для измерения коротких интервалов: истинное солнечное время, среднее солнечное время и звездное время.

 

Местное, поясное, летнее время. Переход от среднего времени к звездному и обратно

Средние сутки длиннее (продолжительнее) звездных, поскольку за один оборот небесной сферы в направлении с востока на запад само солнце смещается с запада на восток на 1 градус (т.е.3^m56^s).

Таким образом, в тропическом году средних суток на один день меньше, чем в звездном.

Для измерения длительных промежутков времени используется движение земли вокруг Солнца. Тропический год - это промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего солнца через среднюю точку весеннего равноденствия и равен 365,24219879 среднесолнечных суток или 366,24219879 звёздных суток.

 

Перевод интервалов среднего времени в звездное и обратно выполняется по таблицам, чаще на ЭВМ, с помощью АЕ, АК, а в общем виде по формулам: DТ = К¢ ´ DS и DS = К ´ DT,

где K=366.24/365.24 = 1.002728 и К¢ =365.24/366.24 = 0.997270.

Средние звёздные сутки равны 23 часам 56 минутам 04.0905 секундам среднесолнечных суток. Звездный год содержит 365,2564 среднесолнечных суток, т.е. больше чем тропический год на 20^m24^s из-за движения точки g навстречу Солнцу.

 

В различных пунктах на одном географическом меридиане время (солнечное, звездное) одинаково.

Местное время – это время Т_м измеренное на каком-либо конкретном географическом меридиане. Для каждой точке на Земле существует свое местное время. Например, при расстоянии между двумя наблюдателя 1¢ = 1852 метра (для экватора) разница во времени достигает 4-х минут! Неудобно в жизни.

Поясное время – это время Т_п местное солнечное время центрального меридиана какого-либо часового пояса. По Т_п производится счет времени на территории данного часового пояса. Т_п было введено с 1884 года по решению международной конференции (в России с 1919 года) при условиях:

1) Земной шар был поделен по долготе на 24 пояса по 15 градусов;

2) Условились считать время в каждом поясе одинаковым и равным времени на центральном меридиане;

3) Разница во времени двух соседних поясов равна одному часу. Географическая долгота центрального меридиана пояса (в часах) равна номеру этого пояса. Нулевой меридиан проходит через центр Гринвичской обсерватории (Англия);

4) Границы часовых поясов на океанах проходят по географическим меридианам, на суше в основном, по административным границам

Шкалы времени

Астрономическое время

До 1925 года в астрономической практике за начало средних солнечных суток принимали момент верхней кульминации (полдень) среднего солнца. Такое время называлось средним астрономическим или просто астрономическим. В качестве единицы измерения использовалась средняя солнечная секунда.

Всемирное (или мировое) время UT

Всемирное время используется с 1 января 1925 года вместо астрономического времени. Отсчитывается от нижней кульминации среднего солнца на меридиане Гринвича. Иными словами местное среднее время меридиана с нулевой долготой (Гринвичского) называют всемирным (мировым) временем (Universal Time - UT). Эталоном секунды для шкалы UT служит определенная часть периода вращения Земли вокруг своей оси 1\365.2522 х 24 х 60 х 60. Однако, из-за нестабильности осевого вращения Земли шкала UT не равномерна: непрерывное замедление около 50 сек. за 100 лет; нерегулярные изменения до 0.004 сек. в сутки; сезонные колебания около 0.001 сек за год.

Региональное время вводится для отдельных регионов, например среднеевропейское время, средне-тихоокеанское время, лондонское время и т.п.

 

Летнее время. В целях экономии материальных ресурсов за счет более рационального использования светлого времени года в ряде стран вводится летнее время – т.т. «перевод стрелок» часов на 1 час вперед по сравнению с поясным. Но график всех видов деятельности людей не менялся! Летнее время вводится обычно в конце марта в полночь с субботы на воскресенье, а отменяется в конце октября, также в полночь с субботы на воскресенье.