Когда начинаются сутки?
Сутки. Ритмичная смена дня и ночи... Неповторимая красота этих явлений одинаково впечатляет человека и в детстве, и в глубокой старости. Разве может не волновать, к примеру, летний рассвет? Вот постепенно тает ночная мгла, медленно гаснут звезды, пылает заревом восток, природа пробуждается от сна. И вдруг в каждой капле утренней росы отображается восход Солнца, несущего всему живому свет, тепло, радость жизни.
Постепенно поднимаясь вверх, Солнце достигает своего наивысшего положения на небе (момент верхней кульминации), после чего медленно опускается вниз, чтобы на несколько часов снова скрыться за горизонтом. Спустя 30—40 минут после захода Солнца, когда закончатся вечерние сумерки, на небе появляются первые звезды. И снова все засыпает. Это правильное чередование дня и ночи, являющееся отображением вращения Земли вокруг своей оси, и дало людям естественную единицу времени — сутки.
Итак, сутки — это промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями Солнца. За начало истинных солнечных суток принимают момент нижней кульминации центра диска Солнца (полночь). В согласии с традицией, которая пришла к нам из Древнего Египта и Вавилонии, сутки делятся на 24 часа, каждый час — на 60 минут, каждая минута — на 60 секунд. Время T, измеренное от нижней кульминации центра диска Солнца, называется истинным солнечным временем.
Но ведь наша Земля является шаром! Поэтому в тот момент, когда, скажем, житель Киева утверждает, что Солнце находится в нижней кульминации, и спокойно ложится спать, в Южно-Сахалинске уже утро и люди спешат на работу. А это значит, что каждой точке земного шара, географическая долгота которой Я, соответствует свое собственное (местное) время, которое будет одинаковым лишь для пунктов, находящихся на одном и том же географическом меридиане. Географическая долгота наблюдателя А, измеряется обычно в градусах, минутах и секундах дуги, при переводе ее в часовые единицы исходят из расчета, что 15° = 1h ,15 = lm, 15" = Is, 1° = 4т, 1° = 4m.
Например, географическая долгота г. Харькова X = 36°15 = 2h25m.
Среднее солнечное время. Измерения показывают что продолжительность истинных солнечных суток на протяжении года неодинакова. Наибольшую длину они имеют 23 декабря, наименьшую 16 сентября, причем разница в их продолжительности в указанные дни составляет 51 секунду. Это обусловлено двумя причинами:
1) неравномерным движением Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите;
2) наклоном оси суточного вращения Земли к плоскости эклиптики.
Очевидно, что пользоваться при измерении времени такой нестабильной единицей, как истинные сутки, нельзя. Поэтому в астрономии было введена понятие среднего солнца. Это — фиктивная точка, которая на протяжении года равномерно перемещается вдоль небесного экватора. Промежуток времени между двумя одноименными последовательными кульминациями среднего солнца называется средними солнечными сутками. Время, измеренное от нижней кульминации среднего солнца, называется средним солнечным временем. Именно среднее солнечное время и показывают наши часы, ими мы пользуемся во всей своей практической деятельности.
Разность между средним солнечным временем 1м (средним местным временем наблюдателя) и истинным солнечным временем T, измеренная на том же меридиане, называется уравнением времени (рис.):
Рис. Изменение уравнения времени на протяжении года. На правой шкале указано местное среднее солнечное время на момент, когда центр диска Солнца находится в верхней кульминации
Величину уравнения времени η на начало каждых суток можно найти, в любом астрономическом календаре.
Поясное, декретное и летнее время. В конце прошлого века земной шар был разбит через каждые 15° по географической долготе на 24 часовых пояса с тем, чтобы внутри каждого пояса, имеющего номер N (N изменяется от 0 до 23), часы указывали одно и то же поясное время — Тn — среднее солнечное время географического меридиана, проходящего через середину этого пояса. При переходе от пояса к поясу в направлении с запада на восток время на границе пояса скачком увеличивается ровно на один час. В качестве нулевого принят пояс, расположенный (по долготе) в полосе ±7°,5 от гринвичского меридиана. Среднее солнечное время этого пояса, обозначаемое То или UT, называется гринвичским или всемирным. Почти вся европейская часть СССР находится во втором часовом поясе (N=2), центральный меридиан которого, соответствующий восточной географической долготе 30°, проходит вблизи Ленинграда и Киева. Очевидно, что кульминации Солнца на центральном меридиане 2-го пояса происходят на 2 часа раньше, чем на гринвичском меридиане, на 2 часа раньше здесь начинаются и сутки. Во многих странах мира в летние месяцы года практикуется переход на время соседнего, расположенного к востоку часового пояса. В СССР стрелки часов, переведенные Декретом Совнаркома от 16 июня 1930 г. на один час вперед, и сегодня («впредь до отмены») отсчитывают вместо поясного декретное время Тд. Связь этого времени с поясным Тп, местным Тм и всемирным То определяется соотношениями.
Итак, на вопрос: «По какому времени вы живете?» житель г. Харькова (N = 2) ответит: «По декретному времени второго часового пояса».
С 1981 г. в нашей стране также введено летнее время: ночью в последнее воскресенье марта стрелки часов переводятся на один час вперед по сравнению с декретным временем, а ночью в последнее воскресенье сентября возвращаются обратно.
Звездные сутки. Выше говорилось о вращении Земли вокруг своей оси относительно Солнца. Оказалось удобным и даже необходимым ввести еще одну единицу времени — звездные сутки как промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями одной и той же звезды. Так как, вращаясь вокруг оси, Земля еще и движется по своей орбите, то звездные сутки короче солнечных почти на четыре минуты. В году же звездных суток ровно на единицу больше, чем солнечных.
За начало звездных суток принят момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Отсюда звездное время s — это время, истекшее с момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Оно измеряется часовым углом точки весеннего равноденствия t¡.Его можно определить по формуле s = а +t, где а и t — прямое восхождение и часовой угол любой звезды. Отсюда следует, что звездное время s равно прямому восхождению светила, находящегося
Тп, местным Тм и всемирным То определяется соотношениями
Зачем нужно знать об этом? Уравнение времени говорит о том, что истинное Солнце в своем движении на небесной сфере то «обгоняет» среднее, солнце, то «отстает» от него, и если мы время измеряем по среднему солнцу, то тени от всех предметов отбрасывают из-за их освещения истинным Солнцем! Предположим, что кто-то решил построить здание лицом к югу. Желаемое направление ему укажет полуденная линия: в момент верхней кульминации Солнца, когда оно, пересекая небесный меридиан, «проходит над точкой юга», тени от вертикальных предметов падают вдоль полуденной линии по направлению к северу.. Поэтому для решения задачи достаточно подвесить на нити грузик и в упомянутый момент времени вбить колышки вдоль отброшенной нитью тени.
Но установить «на глаз», когда центр диска Солнца пересекает небесный меридиан, невозможно, этот момент следует рассчитать заранее. Для этого наблюдатель должен знать свою географическую, долготу λ.
Очевидно, что археолог, интересующийся ориентацией древних строений (пирамид, храмов и др.), решает обратную задачу — направление одной из главных стен здания уже есть, необходимо установить совпадает ли оно с направлением полуденной линии...
Звездное время используем для определения того, какие участки звездного неба (созвездия) будут видны над горизонтом в то или другое время суток и года. Как уже отмечалось, в каждый конкретный момент времени в верхней кульминации находятся те звезды, для которых а = s. Рассчитывая звездное время s, и определяем условия видимости звезд и созвездий.
Через Берингов пролив и по водам Тихого океана приблизительно вдоль меридиана 180° от северного полюса к южному протянулась линия перемены даты. Отсюда на нашей планете начинаются новый день, новые сутки и новый год.