Основные понятия астрономии. Счет времени

Обыкновенные смертные редко задумываются над тем, что такое время. Они узнают его по своим часам, которые проверяются по ТВ или по радио.

Однако там часы тоже надо проверять.

Это делается по сигналам точного времени, передаваемым астрономическими обсерваториями, а те в свою очередь проверяют часы по звездам. В астрономических наблюдениях используется звездное время.

Астрономическое время и часовые пояса

ЗВЕЗДНОЕ ВРЕМЯ

Звездное время, это время, связанное с вращением Земли не по отношению к Солнцу, а по отношению к определенной точке небесной сферы - точке весеннего равноденствия. Период между двумя последовательными кульминациями этой точки составляет звездные сутки, с которыми мы уже давно знакомы.

Итак, звездное время является фундаментом, на котором покоится вся наша система счета времени, хотя многие об этом и не подозревают, так как в основе нашей жизни лежит солнечное время.

СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ

Термин солнечное время не совсем точен, так как существуют два солнечных времени: истинное солнечное время и среднее солнечное время. Особым видом последнего является поясное время.

Чтобы понять, что такое поясное время, мы сначала должны узнать, что представляет собой истинное солнечное время.

ИСТИННОЕ СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ

Это то время, которое определяется по солнечным часам.

На солнечных часах - полдень, когда Солнце пересекает меридиан. Интервал времени между двумя последовательными прохождениями через меридиан есть истинные солнечные сутки.

ИСТИННЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ СУТКИ

Солнечные сутки начинаются и. заканчиваются в полдень. Это простой и естественный способ измерения времени, им пользовались на протяжении многих столетий.

Однако в наш век, когда требуется знать точное время и нужно, чтобы счет времени был равномерным, такой способ хранения времени не годится, так как истинные солнечные сутки имеют разную продолжительность.

Сейчас единица времени - секунда - отсчитывается по промежутку времени, за который происходит 9192631770 колебаний электромагнитного излучения, частота которого равна частоте, которую имеет определенная линия поглощения в спектре атомов цезия.

Такой отсчет секунды значительно точнее, чем вычисление с помощью астрономических наблюдений.

Истинное суточное движение Солнца по небу неравномерно на протяжении года.

Иногда кажется, что Солнце перемещается немного быстрее, иногда - немного медленнее, и интервалы времени между двумя последовательными полуднями различны.

Они могут отличаться почти на целую минуту.

Поэтому если наши часы проверять по Солнцу, их каждый день придется переводить немного вперед или назад в соответствии с положением Солнца, что, несомненно, было бы очень неудобно с практической точки зрения.

Это происходит, в частности, из-за того, что орбита Земли - не правильная окружность, а эллипс, водном из фокусов которого находится Солнце.

Поэтому Земля расположена иногда ближе, а иногда дальше от Солнца. Когда Земля ближе к Солнцу, она движется по орбите быстрее, поэтому кажется, что Солнце движется по небу немного быстрее. Отклонение от окружности невелико - всего около 3%.

В наиболее близкой к Солнцу точке - перигелии (греческое peri - около, Helios - Солнце) - Земля на 5 миллионов километров ближе к Солнцу, чем в афелии (по латыни apo - от), в то время как среднее расстояние до Солнца примерно 150 миллионов километров.

В северном полушарии от весеннего до осеннего равноденствия проходит примерно 186 дней, а с осени до весны - 179 дней (разница около 3%). В нашем полушарии лето приблизительно на неделю длиннее, чем зима.

Кроме того, солнечное время зависит от места наблюдения. Истинный полдень смещается примерно на одну минуту с изменением долготы на каждые четверть градуса. Чтобы избежать первого из этих двух неудобств - неравной длины истинных солнечных суток, астрономы ввели среднее солнечное время.

СРЕДНЕЕ СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ

Среднее солнечное время, основой которого являются средние солнечные сутки, т. е. солнечные сутки, усредненные за год.

Именно средние солнечные сутки мы имеем в виду, когда говорим, что звездные сутки на 3 минуты 55,91 секунды короче солнечных (т. е. минут и секунд солнечных суток). В звездных сутках 24 звездных часа, которые, конечно, так же как и звездные минуты и секунды, короче солнечных часов, минут и секунд.

Чтобы сутки кончались не в полдень, а в полночь, было введено гражданское время; оно равно среднему солнечному времени плюс 12 часов. Таким образом, гражданские сутки начинаются и кончаются в полночь.

Так что если ваши часы идут достаточно точно, они указывают время средних гражданских суток, т. е. отсчитывают часы, минуты и секунды средних гражданских суток.

Остается второе неудобство - хотя продолжительность средних солнечных суток постоянна, момент их начала и конца зависит от места наблюдения. Полдень по местному гражданскому времени сдвигается на одну минуту при изменении долготы на четверть градуса.

При такой системе все большие и малые города и селения имели свое местное время и это вызывало бесконечные недоразумения до тех пор, пока повсеместно не ввели поясное время.

Мы отсчитываем наши сутки от полуночи, иначе нам приходилось бы садиться обедать во вторник, а вставать из-за стола в среду.

ПОЯСНОЕ ВРЕМЯ

Это был медленный процесс, начавшийся с международного конгресса в Вашингтоне в 1884 г. и продолжавшийся десятки лет. В результате земной шар разделен на 24 часовых пояса, каждый шириной 15′ по долготе (с незначительными отклонениями, сделанными по практическим соображениям).

От пояса к поясу время меняется точно на один час.

Время в каждом поясе равно среднему гражданскому времени на среднем меридиане пояса. На этом меридиане поясное время совпадает с местным гражданским временем, но у границ пояса, которые находятся на расстоянии 7.5′ от среднего меридиана, поясное и местное время отличаются примерно на 30 минут.

Около восточной границы пояса ваши часы, показывающие поясное время, на 30 минут отстают от местного гражданского времени, а около западной границы - на 30 минут спешат.

Это довольно заметно, если определять время по положению звезд, хотя в других случаях разница не ощутима.

В 1930 г. в СССР было введено декретное время, по которому все часы были переведены на 1 час вперед, т. е. декретное время опережает поясное на 1 час.

Кстати, а древний календарь майя, завершение самого большого цикла которого приходится предположительно на 21 декабря 2012 года, был более точным, чем наш современный календарь.

******

Определение точного времени, его хранение и передача по радио всему населению составляют задачу службы точного времени, которая существует во многих странах.

Сигналы точного времени по радио принимают штурманы морского и воздушного флота, многие научные и производственные организации, нуждающиеся в знании точного времени. Знать точное время нужно, в частности, и для определения географическ

их долгот разных пунктов земной поверхности.

Счет времени. Определение географической долготы. Календарь

Из курса физической географии СССР вам известны понятия местного, поясного и декретного счета времени, а также что разность географических долгот двух пунктов определяют по разности местного времени этих пунктов. Эта задача решается астрономическими методами, использующими наблюдения звезд. На основании определения точных координат отдельных пунктов производится картографирование земной поверхности.

Для счета больших промежутков времени люди с древних пор использовали продолжительность либо лунного месяца, либо солнечного года, т.е. продолжительность оборота Солнца по эклиптике. Год определяет периодичность сезонных изменений. Солнечный год длится 365 солнечных суток 5 часов 48 минут 46 секунд. Он практически несоизмерим с сутками и с длиной лунного месяца – периодом смены лунных фаз (около 29,5 суток). Это и составляет трудность создания простого и удобного календаря. За многовековую историю человечества создавалось и использовалось много различных систем календарей. Но все их можно разделить на три типа: солнечные, лунные и лунно-солнечные. Южные скотоводческие народы пользовались обычно лунными месяцами. Год, состоящий из 12 лунных месяцев, содержал 355 солнечных суток. Для согласования счета времени по Луне и по Солнцу приходилось устанавливать в году то 12, то 13 месяцев и вставлять в год добавочные дни. Проще и удобнее был солнечный календарь, применявшийся еще в Древнем Египте. В настоящее время в большинстве стран мира принят тоже солнечный календарь, но более совершенного устройства, называемый григорианским, о котором говорится дальше. AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

При составлении календаря необходимо учитывать, что продолжительность календарного года должна быть как можно ближе к продолжительности оборота Солнца по эклиптике и что календарный год должен содержать целое число солнечных суток, так как неудобно начинать год в разное время суток.

Этим условиям удовлетворял календарь, разработанный александрийским астрономом Созигеном и введенный в 46 г. до н.э. в Риме Юлием Цезарем. Впоследствии, как вам известно, из курса физической географии, он получил название юлианского или старого стиля. В этом календаре годы считаются трижды подряд по 365 суток и называются простыми, следующий за ними год – в 366 суток. Он называется високосным. Високосными годами в юлианском календаре являются те годы, номера которых без остатка делятся на 4.

Средняя продолжительность года по этому календарю составляет 365 суток 6 ч, т.е. она примерно на 11 мин длиннее истинной. В силу этого старый стиль отставал от действительного течения времени примерно на 3 суток за каждые 400 лет.

В григорианском календаре (новом стиле), введенном в СССР в 1918 г. и еще ранее принятом в большинстве стран, годы, оканчивающиеся на два нуля, за исключением 1600, 2000, 2400 и т.п. (т.е. тех, у которых число сотен делится на 4 без остатка), не считаются високосными. Этим и исправляют ошибку в 3 суток, накапливающуюся за 400 лет. Таким образом, средняя продолжительность года в новом стиле оказывается очень близкой к периоду обращения Земли вокруг Солнца.

К XX в. разница между новым стилем и старым (юлианским) достигла 13 суток. Поскольку в нашей стране новый стиль был введен только в 1918 г., то Октябрьская революция, совершенная в 1917 г. 25 октября (по старому стилю), отмечается 7 ноября (по новому стилю).

Разница между старым и новым стилями в 13 суток сохранится и в XXI в., а в XXII в. возрастет до 14 суток.

Новый стиль, конечно, не является совершенно точным, но ошибка в 1 сутки накопится по нему только через 3300 лет.

Каждое астрономическое наблюдение должно сопровождаться данными о моменте времени его выполнения. Точность момента времени может быть различной, в зависимости от требований и свойств наблюдаемого явления. Так, например, при обычных наблюдениях метеоров и переменных звезд вполне достаточно знать момент с точностью до минуты. Наблюдения же солнечных затмений, покрытий звезд Луной и в особенности наблюдения за движением искусственных спутников Земли требуют отметки моментов с точностью не меньшей, чем до десятой доли секунды. Точные же астрометрические наблюдения суточного вращения небесной сферы заставляют применять особые способы регистрации моментов времени с точностью до 0,01 и даже 0,005 секунды!

Поэтому одна из основных задач практической астрономии состоит в получении из наблюдений точного времени, хранении его и сообщении данных о времени потребителям.

Для хранения времени астрономы располагают очень точными часами, которые регулярно проверяют, определяя моменты кульминаций звезд при помощи специальных инструментов. Передача же сигналов точного времени по радио позволила им организовать всемирную Службу времени, т. е. связать все обсерватории, занимающиеся наблюдениями такого рода, в одну систему.

В обязанность Служб времени, помимо подачи в эфир сигналов точного времени, входит также передача упрощенных сигналов, которые всем радиослушателям хорошо известны. Это шесть коротких сигналов, «точек», которые подаются перед началом нового часа. Момент последней «точки», с точностью до сотой доли секунды, совпадает с началом нового часа. Любителю астрономии рекомендуется пользоваться этими сигналами для проверки своих часов. Проверяя часы, мы не должны их переводить, так как при этом механизм портите я, а астроном должен беречь свои часы, так как это один из основных его инструментов. Он должен определять «поправку часов» - разность между точным временем и их показаниями. Эти поправки должны систематически определяться и записываться в дневник наблюдателя; их дальнейшее изучение позволит определить ход часов и хорошо их исследовать.

Конечно, желательно иметь в своем распоряжении возможно лучшие часы. Что же надо понимать под термином «хорошие часы»?

Необходимо, чтобы они возможно точнее сохраняли свой ход. Сравним между собой два экземпляра обычных карманных часов:

Положительный знак поправки означает, что для получения точного времени надо к показанию часов прибавить поправку.

В двух половинах таблички приведены записи поправок часов. Вычитая из нижней поправки верхнюю и деля на количество прошедших между определениями суток, мы получаем суточный ход часов. Данные о ходе приведены в той же таблице.

Почему мы назвали одни часы плохими, а другие хорошими? У первых часов поправка близка к нулю, но их ход меняется нерегулярно. У вторых - поправка велика, но ход равномерен. Первые часы пригодны для таких наблюдений, которые не требуют отметки времени точнее, чем до минуты. Интерполировать их показания нельзя, а проверять их надо несколько раз в ночь.

Вторые, «хорошие часы», пригодны для выполнения более сложных наблюдений. Конечно, полезно их проверять чаще, но можно интерполировать их показания для промежуточных моментов. Покажем это на примере. Допустим, что наблюдение сделано 5 ноября в 23 ч. 32 м. 46 с. по нашим часам. Проверка часов, произведенная в 17 часов 4 ноября, дала поправку +2 м. 15 с. Суточный ход, как видно из таблицы, +5,7 с. С 17 часов 4 ноября до момента наблюдения прошли 1 сутки и 6,5 часа или 1,27 суток. Умножая это число на суточный ход, получаем +7,2 с. Поэтому поправка часов в момент наблюдения была равна не 2 м. 15 с., а +2 м. 22 с. Ее мы и прибавляем к моменту наблюдения. Итак, наблюдение произведено 5 ноября в 23 ч. 35 м. 8 с.

В обязанность Служб времени, помимо подачи в эфир сигналов точного времени, входит также передача упрощенных сигналов, которые всем радиослушателям хорошо известны. Это шесть коротких сигналов, «точек», которые подаются перед началом нового часа. Момент последней «точки», с точностью до сотой доли секунды, совпадает с началом нового часа. Любителю астрономии рекомендуется пользоваться этими сигналами для проверки своих часов. Проверяя часы, мы не должны их переводить, так как при этом механизм портите я, а астроном должен беречь свои часы, так как это один из основных его инструментов. Он должен определять «поправку часов» — разность между точным временем и их показаниями. Эти поправки должны систематически определяться и записываться в дневник наблюдателя; их дальнейшее изучение позволит определить ход часов и хорошо их исследовать.

Почему мы назвали одни часы плохими, а другие хорошими? У первых часов поправка близка к нулю, но их ход меняется нерегулярно. У вторых — поправка велика, но ход равномерен. Первые часы пригодны для таких наблюдений, которые не требуют отметки времени точнее, чем до минуты. Интерполировать их показания нельзя, а проверять их надо несколько раз в ночь.

1. Местное время. Время, измеренное на данном географическом меридиане, называется местным временем этого меридиана.Для всех мест на одном и том же меридиане часовой угол точки весеннего равноденствия (или Солнца, или среднего солнца) в какой-либо момент один и тот же. Поэтому на всем географическом меридиане местное время (звездное или солнечное) в один и тот же момент одинаково.

2. Всемирное время. Местное среднее солнечное время гринвичского меридиана называется всемирным временем.

Местное среднее время любого пункта на Земле всегда равно всемирному времени в этот момент плюс долгота данного пункта, выраженная в часовой мере и считаемая положительной к востоку от Гринвича.

3. Поясное время. В 1884 г. была предложена поясная система счета среднего времени: счет времени ведется только на 24 основных географических меридианах, расположенных друг от друга по долготе точно через 15°, приблизительно посередине каждого часового пояса. Часовые пояса занумерованы от 0 до 23. За основной меридиан нулевого пояса принят гринвичский.

4. Декретное время. В целях более рационального распределения электроэнергии, идущей на освещение предприятий и жилых помещений, и наиболее полного использования дневного света в летние месяцы года во многих странах переводят часовые стрелки часов, идущих по поясному времени, на 1h вперед.

5.Вследствие неравномерного вращения Земли средние сутки, оказываются величиной непостоянной. Поэтому в астрономии пользуются двумя системами счета времени: неравномерным временем, которое получается из наблюдений и определяется действительным вращением Земли, и равномерным временем, которое является аргументом при вычислении эфемерид планет и определяется по движению Луны и планет. Равномерное время называется ньютоновским или эфемеридным временем.

9.Календарь. Типы календарей. История современного календаря. Юлианские дни.

Система счета длительных промежутков времени называется календарем. Все календари можно разделить на три главных типа: солнечные, лунные и лунно-солнечные. В основе солнечных календарей лежит продолжительность тропического года, в основе лунных - продолжительность лунного, месяца, лунно-солнечные календари основаны на обоих этих периодах. Современный календарь, принятый в большинстве стран, является солнечным календарем. Основной единицей меры времени солнечных календарей является тропический год. Продолжительность тропического года в средних солнечных сутках равна 365d5h48m46s.

В юлианском календаре продолжительность календарного года считается равной 365 средним солнечным суткам три года подряд, а каждый четвертый год содержит 366 суток. Годы продолжительностью в 365 суток называются простыми, а в 366 суток - високосными. В високосном году в феврале 29 дней, в простом - 28.

Григорианский календарь возник в результате реформы юлианского календаря. Дело в том, что расхождение юлианского календаря со счетом тропическими годами оказалось неудобным для церковного летосчисления. По правилам христианской церкви праздник пасхи должен был наступать в первое воскресенье после весеннего полнолуния, т.е. первого полнолуния после дня весеннего равноденствия.

Григорианский календарь был введен в большинстве западных стран в течение XVI-XVII вв. В России перешли на новый стиль только в 1918 г.

Вычитанием более ранней даты одного события из более поздней даты другого, данных в одной системе летосчисления, можно вычислить число суток, прошедших между этими событиями. При этом необходимо учитывать число високосных годов. Эта задача удобнее решается с помощью юлианского периода, или юлианских дней. Началом каждого юлианского дня считается средний гринвичский полдень. Начало счета юлианских дней - условное и предложено в XVI в. н.э. Скалигером, как начало большого периода в 7980 лет, являющегося произведением трех меньших периодов: периода в 28 лет,19,15 Период в 7980 лет Скалигер назвал «юлианским» в честь своего отца Юлия.