"Астрономия", Порфирьев В.В.
Время в астрономии измеряют прежде всего по вращению Земли: её движение заставляет светила регулярно проходить по небу. Но звёздные сутки и солнечные сутки не совпадают, а истинная продолжительность солнечных суток меняется в течение года. Для повседневной жизни используют среднее солнечное время, а чтобы часы в соседних городах не различались из-за каждой малой разницы долгот, Землю разделили на часовые пояса. Эти правила нужны для наблюдений, навигации и согласования времени.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Звёздные сутки — промежуток между двумя последовательными верхними кульминациями одной и той же звезды, то есть её прохождениями через верхнюю точку суточного пути. Они связаны с одним оборотом Земли вокруг оси относительно далёких звёзд. Этот интервал удобен астрономам, потому что положение звёзд почти не меняется за год.
Истинные солнечные сутки — промежуток между двумя последовательными верхними или двумя последовательными нижними кульминациями Солнца. Они показывают, сколько времени проходит между одинаковыми положениями Солнца на местном небе. Их продолжительность не постоянна, поэтому солнечные часы не всегда совпадают с равномерно идущими часами.
Средние солнечные сутки — среднее значение продолжительности истинных солнечных суток, принятое равным 24 часам. В быту используют не переменный интервал между реальными кульминациями, а его усреднённый вариант. Это позволяет измерять время равномерно и составлять расписания.
Поясное время — единое время, принятое для всего часового пояса. Пояса связаны с географической долготой: при движении на восток местное солнечное время становится позднее, а на запад — раньше. Такое правило нужно, чтобы часы в городах одного региона не отличались на несколько минут из-за их положения.
Вращение Земли повторяется регулярно и задаёт естественный ритм смены дня и ночи. Поэтому люди разделили сутки на 24 часа, час — на 60 минут, а минуту — на 60 секунд. Эти единицы позволяют описывать как повседневные промежутки, так и моменты астрономических наблюдений.
Звёздные сутки короче солнечных, потому что Земля не только вращается вокруг оси, но и движется по орбите вокруг Солнца. За один оборот относительно звёзд она немного смещается вдоль орбиты. Чтобы Солнце снова оказалось в прежнем положении на небе, Земле требуется довернуться ещё на небольшой угол, поэтому солнечным суткам нужно больше времени.
Истинные солнечные сутки различаются по продолжительности по двум причинам. Земля движется по эллиптической орбите неравномерно: её орбитальная скорость меняется в течение года. Кроме того, эклиптика — видимый годовой путь Солнца — наклонена к небесному экватору, поэтому одинаковое перемещение Солнца вдоль эклиптики даёт неодинаковое смещение относительно экватора.
Для повседневного отсчёта используют среднее Солнце — условную точку, которая равномерно движется по небесному экватору. Её движение усредняет переменную скорость истинного Солнца и позволяет получить сутки постоянной длительности. Среднее солнечное время поэтому подходит для часов, расписаний и календарного счёта, тогда как истинное солнечное время связано с реальным положением Солнца.
Местное солнечное время зависит от долготы: Земля поворачивается на 360° за 24 часа, значит, 15° соответствуют одному часу, а 1° — четырём минутам. Для удобства Землю делят на часовые пояса, в каждом из которых принято одно поясное время. Всемирное время UTC служит общей точкой отсчёта; пояс обычно обозначают смещением относительно него, например UTC+2 или UTC−5.
| Вид времени | Что принимается за основу | Продолжительность или правило отсчёта | Где применяется |
|---|---|---|---|
| Звёздное время | Кульминации звёзд и вращение Земли относительно звёзд | Звёздные сутки — около 23 ч 56 мин среднего солнечного времени | Астрономические наблюдения и расчёты |
| Истинное солнечное время | Реальное видимое движение Солнца | Промежуток между одинаковыми кульминациями меняется | Определение времени по Солнцу |
| Среднее солнечное время | Равномерное движение среднего Солнца | Средние солнечные сутки равны 24 часам | Гражданский отсчёт времени |
| Местное время | Положение Солнца для данной географической долготы | На каждые 15° долготы приходится 1 ч разницы | Астрономические расчёты для конкретного пункта |
| Поясное время | Принятое время часового пояса | Едино внутри пояса; задаётся относительно UTC | Повседневная жизнь, расписания и транспорт |
| Всемирное время | Согласованный мировой отсчёт UTC | Время указывают как UTC или со смещением часового пояса | Международная связь, навигация и согласование наблюдений |
Чтобы сравнить системы, сначала выясните, какое движение или условная точка лежит в основе отсчёта. Затем обратите внимание, меняется ли длительность суток и относится ли время к конкретной долготе или целому поясу. Для вычислений местного времени используйте разность долгот, а для гражданских часов — установленное поясное время.
Задача 1. Определить местное солнечное время в пункте с долготой 45° в.д., если всемирное время равно 10 ч 20 мин. Нужно перевести долготу в часовую поправку и установить её знак. Восточная долгота означает, что местное время опережает всемирное.
Ответ: местное солнечное время равно 13 ч 20 мин.
Задача 2. Найти, на сколько звёздное время опережает солнечное через 15 суток, если за одни средние солнечные сутки звёздное время смещается примерно на 4 мин. Здесь важна ежедневная разница между двумя видами суток. Её нужно накопить за указанное число суток.
Ответ: звёздное время опередит солнечное примерно на 1 час.
Задача 3. Самолёт вылетел из пункта с поясным временем UTC+2 в 22:40 и летел 7 ч 30 мин в пункт с поясным временем UTC−5. Сначала найдём момент прибытия по времени пункта вылета, а затем переведём его в пояс назначения. Это помогает не перепутать длительность полёта и смену часового пояса.
Ответ: самолёт прибывает в 23:10 в дату, которая в пункте вылета была днём вылета. При вычитании часов дата изменилась, поэтому её нужно проверять отдельно от времени на часах.
Звёздные и солнечные сутки иногда считают одинаковыми, поскольку оба интервала связаны с вращением Земли. Ошибка возникает, если не учитывать её движение по орбите вокруг Солнца: оно добавляет время до следующей солнечной кульминации. Проверьте себя, спросив, относительно чего Земля совершает оборот: звёзд или Солнца.
Неверно считать, что любые истинные солнечные сутки длятся ровно 24 часа. Это значение относится к средним солнечным суткам, тогда как реальный интервал между кульминациями Солнца меняется. Если в задаче говорится об истинном Солнце, не подменяйте его движение равномерным средним движением.
При переводе долготы во время можно забыть знак поправки. Восточная долгота даёт время большее, западная — меньшее; путаница обычно возникает из-за запоминания только величины, но не направления. Проверьте результат: чем восточнее пункт, тем раньше там наступает местный полдень и тем больше показание местного времени в один и тот же момент.
Местное солнечное время не равно поясному времени. Первое зависит от точной долготы конкретного места, а второе специально установлено единым для всего часового пояса. Чтобы проверить ответ, уточните, требуется ли время по положению Солнца или время на гражданских часах.
Для понимания измерения времени нужно знать суточное вращение Земли, её годовое движение по орбите, географическую долготу, а также единицы углов и времени. Эти знания помогают связывать положение светил с небесными координатами и моментами кульминаций. На практике они нужны при составлении календарей, навигации, расчёте часовых поясов и планировании астрономических наблюдений.
Почему звёздные сутки короче солнечных?
За время одного оборота Земли вокруг оси она успевает продвинуться по орбите вокруг Солнца. Поэтому для возвращения Солнца на прежнее положение на небе Земле нужно немного довернуться дополнительно, и солнечные сутки получаются длиннее звёздных примерно на 4 минуты.
Почему Солнце не движется по небу с постоянной скоростью?
В течение года Земля движется по орбите неравномерно: ближе к Солнцу она движется быстрее, дальше — медленнее. Кроме того, эклиптика, то есть видимый годовой путь Солнца, наклонена к небесному экватору. Из-за этих причин промежутки между кульминациями Солнца неодинаковы.
Чем местное время отличается от поясного?
Местное солнечное время определяется положением Солнца для конкретной долготы, поэтому даже соседние пункты могут иметь немного разное местное время. Поясное время устанавливают единым для всех пунктов одного часового пояса.
Как по географической долготе определить разность местного времени?
Разность долгот в градусах нужно разделить на 15: каждые 15° соответствуют одному часу, а 1° — четырём минутам. В пункте восточнее местное время больше, в пункте западнее — меньше.
Почему в разных городах одновременно показывают разное время?
Города могут находиться в разных часовых поясах, для которых принято разное поясное время. При этом их местное солнечное время различалось бы даже в пределах одного пояса из-за разницы долгот.
§ 6. Измерение времени
