"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Время в астрономии связано с движением Земли: её вращение задаёт смену суток, а положение относительно звёзд и Солнца позволяет отсчитывать время по-разному. Истинное солнечное время следует за видимым движением Солнца, но меняется неравномерно; среднее солнечное время течёт равномерно и удобнее для повседневной жизни. Часовые пояса согласуют местное время на больших территориях, а календарь связывает сутки с месяцами и годом, добавляя високосные дни для согласования с движением Земли вокруг Солнца.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Звёздное время — время, отсчитываемое по суточному вращению Земли относительно далёких звёзд. Оно помогает описывать поворот Земли без привязки к видимому движению Солнца. Поэтому звёздное время используют, когда важно точно направлять телескоп и сопоставлять наблюдения с положением небесных объектов.
Истинное солнечное время — время, определяемое положением видимого Солнца над местным меридианом. Местный меридиан — воображаемая линия, проходящая через полюса и данную точку наблюдения; полдень наступает, когда Солнце пересекает его верхнюю часть. Такой отсчёт связан с реальным положением Солнца, но интервалы между полуднями не всегда одинаковы.
Среднее солнечное время — равномерно текущая система времени, основанная на среднем движении Солнца. Для её построения используют условное «среднее Солнце», которое движется по небу равномерно, хотя настоящее Солнце так не движется. Эта система нужна для удобного счёта времени и составления расписаний.
Часовой пояс — участок земной поверхности, в пределах которого принято единое поясное время. Пояса упрощают повседневную жизнь: вместо отдельного времени для каждого меридиана жители большой территории могут ориентироваться на общие часы. Их границы проводят условно, чтобы учитывать границы стран и регионов.
Земля вращается вокруг своей оси, поэтому разные её участки поочерёдно оказываются освещены Солнцем и уходят в тень. Так возникают смена дня и ночи и естественная основа для измерения суток. Полный оборот можно отсчитывать относительно выбранного ориентира: если ориентиром служит далёкая звезда, Земля завершает оборот быстрее, чем если ориентиром считать Солнце.
Звёздные сутки короче средних солнечных примерно на 4 минуты: пока Земля поворачивается на полный круг относительно звёзд, она одновременно перемещается по орбите. Солнце поэтому кажется смещённым на фоне звёзд, и Земле требуется немного дополнительного поворота, чтобы оно снова оказалось над тем же меридианом. Звёздное время показывает вращение Земли относительно далёкого фона, а солнечное связано с циклом дня и ночи.
Истинное солнечное время меняется неравномерно, потому что Земля движется по эллиптической орбите не с постоянной скоростью, а её ось наклонена к плоскости орбиты. В результате видимое движение Солнца по небу то ускоряется, то замедляется. Для равномерного отсчёта вводят среднее солнечное время, основанное на среднем движении Солнца; разность между истинным и средним временем называют уравнением времени. Оно показывает, насколько показания солнечных часов расходятся с равномерным временем.
Местное солнечное время связано с долготой: Земля поворачивается на 360° за сутки, то есть на 15° за один час. Поэтому в пунктах с разной долготой Солнце пересекает меридиан в разное время. Если бы каждый пункт пользовался только собственным местным временем, расписания и поездки было бы трудно согласовывать; поэтому поверхность разделили на часовые пояса с единым временем внутри каждого.
Календарь должен согласовать три разных масштаба: смену суток, продолжительность месяца и тропического года — промежутка, связанного с повторением сезонов. Лунный месяц составляет примерно 29,5 суток, а тропический год — около 365,2422 суток, поэтому целое число таких месяцев не укладывается в целое число лет. В григорианском календаре год обычно содержит 365 суток, а для компенсации дробной части добавляют високосный день. Год, кратный 4, считается високосным, кроме вековых годов, не делящихся на 400.
| Система времени | По чему определяется | Продолжительность или принцип отсчёта | Основное применение |
|---|---|---|---|
| Звёздное время | По положению далёких звёзд и вращению Земли | Звёздные сутки — около 23 ч 56 мин | Астрономические наблюдения и наведение телескопов |
| Истинное солнечное время | По видимому положению Солнца на местном меридиане | Следует за неравномерным движением Солнца | Определение местного солнечного полдня |
| Среднее солнечное время | По условному равномерному движению среднего Солнца | Равномерный отсчёт средних солнечных суток | Повседневный счёт времени |
| Всемирное время | По среднему солнечному времени на Гринвичском меридиане | Единая исходная шкала времени | Согласование времени в разных странах и научных данных |
| Поясное время | По времени, принятому для часового пояса | Единое условное время в пределах пояса | Местные часы, расписания и повседневная жизнь |
| Календарное время | По календарным датам и правилам календаря | Годы, месяцы и дни согласуются с годовым циклом | Запись дат и планирование событий |
Чтобы выбрать систему, сначала определите, какой ориентир нужен: звёзды, видимое Солнце или единое время для региона. Для наблюдений и расчётов важно не смешивать местное солнечное время с поясным. Календарная дата, в свою очередь, показывает положение дня внутри условной системы месяцев и лет.
Определим местное солнечное время на долготе 45° восточной долготы, если на Гринвичском меридиане оно равно 12:00. Нужно сравнить долготу пункта с нулевым меридианом, проходящим через Гринвич. Восточнее Солнце достигает меридиана раньше, поэтому местное время там опережает гринвичское. За каждый час Земля поворачивается на 15°.
Ответ: местное солнечное время составляет 15:00. Проверка направления помогает избежать ошибки: к востоку от Гринвича время должно быть позднее, а не раньше. Речь идёт о местном солнечном времени, а не о поясном времени этого пункта.
Самолёт вылетел из пояса UTC+2 в 22:30, летел 5 часов и прибыл в пояс UTC−4. Сначала найдём момент прилёта по времени места вылета: это удобно, потому что продолжительность полёта прибавляется непосредственно к показанию часов отправления. Затем переведём полученный момент в часы пункта назначения. Разница поясов равна шести часам, причём пункт назначения западнее и его часы показывают более раннее время.
Ответ: прилёт состоится в 21:30 на местную дату, предшествующую дате вылета. Проверка: время пункта UTC−4 на шесть часов отстаёт от времени пункта UTC+2. Если при переводе получилась дата «назад», это не ошибка: местные календарные даты в разных поясах могут не совпадать.
Проверим, был ли 1900 год високосным, и найдём число суток между 28 февраля и 1 марта 2000 года. В григорианском календаре одного признака «делится на 4» недостаточно для векового года: нужно проверить делимость на 400. Для второй части задачи сначала определим, сколько дней было в феврале 2000 года. Затем учтём, что дата 1 марта наступает после окончания февраля.
Ответ: 1900 год не был високосным; между 28 февраля и 1 марта 2000 года — 2 суток. Проверка правила для 1900 года показывает, зачем нужна оговорка о вековых годах. В обычном невисокосном году между этими датами был бы один день.
Ошибка — считать солнечные и звёздные сутки одинаковыми. Их смешивают, потому что оба периода связаны с вращением Земли, но при звёздном отсчёте ориентир удалён и почти не меняет положения, а Солнце смещается из-за движения Земли по орбите. Проверяйте, какой объект выбран ориентиром: солнечные сутки длиннее звёздных примерно на 4 минуты.
Ошибка — принимать местное солнечное время за поясное. Первое определяется положением Солнца для конкретной долготы, а второе устанавливается условно для целого пояса; эти значения могут не совпасть. Путаница возникает из-за того, что оба времени показывают обычные часы. Для проверки уточните, спрашивают ли о положении Солнца или о принятом гражданском времени.
Ошибка — переводить градусы долготы во время по правилу «1° — один час». Земля делает оборот на 360° примерно за сутки, поэтому на 15° приходится час, а на 1° — около 4 минут. Ошибку легко заметить по масштабу результата: разница в 15° не может означать целые сутки. Перед вычислением разделите разность долгот на 15°.
Ошибка — считать любой год, кратный 4, високосным. Это правило верно для большинства лет, но для вековых годов действует исключение: год должен делиться на 400. Его часто забывают, потому что простое правило кажется достаточным. Проверяйте сначала, не является ли год вековым: 1900 не високосный, а 2000 високосный.
Для понимания времени нужны знания о вращении Земли вокруг оси и её обращении вокруг Солнца: эти движения объясняют смену суток и различие солнечных и звёздных отсчётов. Географические координаты помогают установить долготу места, а умение измерять углы — перевести разность долгот во временной интервал. Практически тема нужна для работы с наблюдениями небесных тел, определения времени по Солнцу и звёздам, понимания часовых поясов и календарных дат. Позже эти знания пригодятся при изучении движения небесных тел и систем координат, а также при планировании астрономических наблюдений.
Почему звёздные сутки не равны 24 часам?
За время одного оборота Земли относительно далёких звёзд Земля успевает немного продвинуться по орбите вокруг Солнца. Поэтому ей нужно повернуться ещё примерно на один градус, чтобы Солнце снова оказалось на меридиане, и солнечные сутки получаются примерно на 4 минуты длиннее звёздных.
Почему истинное солнечное время неравномерно?
Земля движется по орбите с меняющейся скоростью и при этом вращается вокруг наклонённой оси. Из-за этого видимое движение Солнца по небу неравномерно, а промежутки между его последовательными прохождениями через меридиан различаются.
Чем местное время отличается от поясного?
Местное солнечное время определяется положением Солнца для конкретного меридиана, поэтому меняется с долготой. Поясное время условно едино для целого часового пояса и может отличаться от местного солнечного времени в отдельных пунктах.
Зачем нужны часовые пояса и линия перемены дат?
Часовые пояса позволяют использовать единое время на территориях, где людям удобно жить и работать по общему расписанию. Линия перемены дат разделяет соседние участки, где календарные даты различаются на сутки, чтобы смена дат происходила согласованно.
Почему одни годы являются високосными, а другие нет?
Тропический год не состоит из целого числа суток, поэтому без поправок календарные даты постепенно расходились бы с временами года. В григорианском календаре добавляют 29 февраля в годы, кратные 4, но вековые годы високосны только тогда, когда делятся на 400.
§ 9. Время и календарь
