Что называют средними солнечными сутками

Солнечные сутки

Рис. 26. Солнечные и звёздные сутки

Истинные солнечные сутки

Истинными солнечными сутками называется промежу­ток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями Солнца на одном и том же географическом меридиане.

Солнечные сутки на Земле делят на 24 ч, час — на 60 мин, минуту — на 60 с. По разным причинам за единицу времени принимают не сутки, а секунду. Определяют её не по враще­нию Земли, а по колебаниям световой волны определённой длины. Длина секунды выбрана таким образом, чтобы её продолжительность была максимально близка к длительности 1/86400 средних солнечных суток. Истинное солнечное время аналогично звёздному определяется по часовому углу центра истинного Солнца.

Истинные солнечные сутки — период вращения Земли от­носительно Солнца. Солнце перемещается среди звёзд в на­правлении вращения Земли (к востоку) в среднем на 0,98° в сутки.

Если в некоторый момент времени точка весеннего равно­денствия и Солнце кульминируют одновременно (рис. 26, I), то через звёздные сутки в кульминации будет точка весенне­го равноденствия, а Солнце сместится к востоку и только че­рез 3 мин 56 с пройдёт через меридиан, и сутки закончатся (рис. 26, II), т. е. солнечные сутки длиннее звёздных. Ско­рость перемещения Солнца среди звёзд меняется. Летом оно движется медленнее, зимой — быстрее, сутки летом немного короче, чем зимой, поэтому пользоваться такой единицей вре­мени неудобно.

Сред­ние солнечные сутки

В основу измерения времени на Земле положены сред­ние солнечные сутки, т. е. промежуток времени, длительность которого совпадает со средней за год продолжительностью ис­тинных солнечных суток. Наши часы отрегулированы по сред­нему времени, и проверяются они сравнением вычисленных заранее и наблюдаемых кульминаций звёзд и Солнца. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

Уравнение времени

Истин­ные солнечные сутки неодинаковы по продолжительности, по­скольку движение Солнца по небесной сфере неравномерно: в июле они длиннее, в январе короче. Поэтому показания ча­сов, идущих по среднему времени, отличаются от показаний часов, идущих по истинному солнечному времени. Различие показаний называется уравнением времени. Уравнение време­ни обращается в нуль 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. Крайние значения уравнение времени принимает около 11 февраля (+14 мин) и 2 ноября (-16 мин).

Источник

Солнечные сутки

Со́лнечные су́тки — промежуток времени, за который небесное тело совершает 1 поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца.

Более строго это промежуток времени между двумя одноимёнными (верхними или нижними) кульминациями (прохождениями через меридиан) центра Солнца в данной точке Земли (или иного небесного тела).

Содержание

Солнечные сутки на Земле

Колебания продолжительности солнечных суток

Из-за эллиптичности земной орбиты линейная скорость движения и угловая скорость вращения Земли вокруг Солнца изменяется в течение года. Медленнее всего Земля движется по орбите, находясь в афелии — самой удалённой от Солнца точке орбиты, быстрее всего — находясь в перигелии. Это является существенной причиной изменения длительности солнечных суток в течение года. А наклон приводит к движению Солнца по небесной сфере вверх и вниз от экватора в течение года. При этом прямое восхождение Солнца вблизи равноденствий изменяется быстрее (так как скорость склонения Солнце максимальна и складывается с постояннной экваториальнй скоростью), чем во время солнцестояний, когда скорость склонения меняет направление, следовательно равна нулю, когда оно движется параллельно экватору.

Колебание продолжительности солнечных суток приводит к тому, что истинное солнечное время также колеблется относительно среднего солнечного времени. А именно: в результате накопления отклонений продолжительности солнечных суток от 24 часов солнечные часы спешат или отстают до 7,638 минут в течение года (см. Формула истинных Солнечных суток).

Средние солнечные сутки

Чтобы не учитывать эту переменность в повседневной жизни, используют средние солнечные сутки, привязанные к так называемому среднему Солнцу — условной точке, движущейся равномерно по небесному экватору (а не по эклиптике, как реальное Солнце!) и совпадающей с центром Солнца в момент весеннего равноденствия. Период обращения среднего Солнца по небесной сфере равен тропическому году.

Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды СИ. Следует отметить, что здесь в качестве единицы измерения указана именно секунда СИ, определённая с использованием внутриатомного периодического процесса, а не средняя солнечная секунда, которая по определению равна 1/86 400 части средних солнечных суток и, следовательно, также не является постоянной.

Введение поправок

Хотя средние солнечные сутки не являются, строго говоря, неизменной единицей времени, но повседневная жизнь людей связана именно с ними. В связи с накоплением поправки к длительности суток в среднем солнечном времени по отношению к равномерному атомному времени, иногда приходится добавлять к атомной шкале UTC так называемую високосную секунду, чтобы восстановить привязку этой шкалы к солнечной шкале времени UT. Теоретически возможно и вычитание високосной секунды, так как вращение Земли в принципе не обязано постоянно замедляться.

Солнечные сутки на других планетах и спутниках

Средние солнечные сутки на Луне равны среднему синодическому месяцу (среднему промежутку между двумя одинаковыми фазами Луны, например, полнолуниями) — 29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды. Истинные солнечные сутки могут отклоняться от средних на 13 часов в обе стороны, что связано как с неравномерностью движения Земли по орбите, так и с наклоном орбиты Луны к эклиптике, с эллиптичностью её орбиты и с наклоном оси вращения Луны к плоскости орбиты (см. также Либрация).

Другие спутники планет

Как и в случае Луны, большинство спутников планет в Солнечной системе вследствие приливного резонанса имеют орбитальный период, равный периоду осевого вращения. Таким образом, для этих спутников средние солнечные сутки близки к периоду обращения вокруг планеты. Исключениями являются самые внешние спутники планет-гигантов (например, Феба), а также Гиперион, который вращается вокруг своей оси хаотически.

Планеты

На газовых гигантах, не имеющих твёрдой поверхности, солнечные сутки зависят от широты — атмосфера вращается с разными скоростями на разных широтах.

Меркурий обходит вокруг Солнца за 87,97 дня, а вокруг своей оси делает полный оборот за 58,65 дня (эти периоды относятся как 3:2). Средний промежуток времени между двумя верхними кульминациями Солнца на этой планете равен 176 дням. Интересно, что когда он находится вблизи перигелия, Солнце для наблюдателя на поверхности планеты может в течение 8 дней двигаться в обратном направлении, поэтому, строго говоря, привязка определения солнечных суток к кульминации в этом случае не вполне корректна.

На Венере, чей сидерический период обращения вокруг своей оси равен 243 дням — больше, чем орбитальный период (224,7 дня), средние солнечные сутки равны примерно 116,7 дня (из-за вращения в обратную сторону)

На Марсе средние солнечные сутки лишь слегка больше, чем земные. Они равны 24 ч 39 мин 35,244 с.

На Юпитере сутки равны 9 часам 55 минутам 40 секундам, на Сатурне 10 часам 34 минутам 13 секундам. Сутки на Уране равны 17 часам 14 минутам 24 секундам, а на Нептуне 15 часам 57 минутам 59 секундам.

У Плутона ввиду его крайней удалённости от Солнца (и, следовательно, малости угловой орбитальной скорости) средние солнечные сутки практически равны периоду вращения: 6 дней 9 часов 17 минут 36 секунд.

Источник

§ 5. Измерение времени. Определение географической долготы

1. Чем отличаются истинные солнечные сутки от средних солнечных суток?

Истинные солнечные сутки — промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными кульминациями центра Солнца.

Средние солнечные сутки — промежуток времени между двумя последовательными средними полднями.

Истинными солнечными сутками пользоваться для измерения времени неудобно из-за их неравномерности. Для этого используются средние солнечные сутки. При определении истинных солнечных суток рассматривается движение центра солнечного диска, а при определении средних солнечных суток — движение среднего экваториального Солнца.

2. Что называют звёздными сутками?

Звёздные сутки — промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными кульминациями точки весеннего равноденствия.

3. Что понимают под уравнением времени?

Уравнение времени — разность между средним солнечным временем и истинным солнечным временем в один и тот же момент.

4. Что понимают под всемирным временем?

Всемирне время — местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана.

5. Что понимают под линией перемены дат? Где она проходит?

Линия перемены дат — граница, открывающая новую дату и день недели.

Международная линия перемены дат проходит через Берингов пролив между островами Тихого океана от Северного полюса до Южного полюса (меридиан 180°).

6. Назовите календарные системы. На каких принципах они строятся?

Любая календарная система опирается на три основные единицы измерения времени, а именно: средние солнечные сутки, синодический (или лунный) месяц и тропический (или солнечный) год.

Существует 3 типа календарных систем: лунные календарь, лунно-солнечные календари исолнечные календари.

В лунном календаре год делится на 12 месяцев, содержащих попеременно 30 или 29 суток. Всего в лунном календаре 354 или 355 средних солнечных суток, т.е. он короче солнечного года примерно на 10 суток.

В лунно-солнечных календарях сумма некоторого количества лунных месяцев приблизительно соответствует продолжительности тропического года.

По солнечному календарю год состоит из 12 месяцев по 30 дней в каждом, а в конце года добавляется ещё 5 праздничных дней.

7. В чём состоит отличие григорианского календаря от юлианского?

В григорианском календаре отличается правило високосных лет. В юлианском календаре каждый четвёртый год — високосный. В григорианском введено новое правило: если год заканчивается на два нуля, то он високосный только тогда, когда число сотен в нём кратно четырём. В остальных случаях год считается не високосным.

8. Почему нельзя создать абсолютно точный календарь?

Потому что астрономические циклы, на которых основан календарь, точно не согласуются между собой. Год не содержит целое число суток и равных месяцев.

9. Найдите разницу в среднем солнечном времени для городов Гродно и Могилёв.

Среднее солнечное время находится по формуле:

10. В местный полдень капитан корабля отметил 14 ч 13 мин 46 с по хронометру, идущему по гринвичскому времени. Определите географическую долготу корабля.

Дано:

Найти:

Решение:

11. 22 июня наблюдатель определил, что средний местный полдень наступил в 8 ч 40 мин всемирного времени, а высота Солнца в этот момент была равна 62°10′. Склонение Солнца в этот день δ = +23°26′. Определите географические координаты наблюдателя.

Дано:

Найти:

Решение:

Используя формулу для нахождения верхней кульминации и из рисунка, получим, что:

Выразим широту пункта наблюдателя из формулы, получим:

Источник

СУТКИ И КАЛЕНДАРЬ

ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ

В основу определения единицы времени положено периодическое явление в природе — сутки — промежуток времени, в течение которого Земля делает полный оборот вокруг своей оси. Суточное вращение Земли, определяя закономерность смены дня и ночи, цикличность многих процессов на Земле, распорядок жизни и деятельности людей, является наиболее целесообразной и удобной основой для измерения времени, которая дана самой природой, и которым издавна пользуется человечество. Продолжительность суток можно определить с помощью светила или точки, фиксируя моменты двух последовательных кульминаций, если известны их положения на звездном небе.

Однако определение суток связано с практическими трудностями, которые вызваны противоречивостью требований к выбору единицы времени. Для определения суток в наше время пользуются тремя вспомогательными точками, а именно: точкой весеннего равноденствия, центром истинного Солнца, точкой среднего Солнца. Продолжительность суток, что определенная помощью каждой из трех точек, — разная, и поэтому приходится употреблять все три единицы времени — звездные сутки, настоящие солнечные сутки и средние солнечные сутки. Измеряемое ими время называется соответственно звездным, настоящим солнечным и средним солнечным временем. Совокупность этих способов определения суток усложняет некоторые вычислительные работы, но обеспечивает полное соответствие исчисления времени практике жизни человечества и большую точность измерения времени астрономическими методами.

Вследствие прецессии земной оси точка весеннего равноденствия медленно движется навстречу Солнцу, поэтому Солнце приходит в одну и ту же участок неба не через тропический год, а через звездный год (сидерический период).

ЗВЕЗДНЫЕ СУТКИ И ЗВЕЗДНОЕ ВРЕМЯ

Определение звездной суток следует из видимого вращения вокруг Земли точки весеннего равноденствия. Верхняя кульминация этой точки берется за начало суток. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же меридиане называется звездными сутками.

Звездные сутки делятся на 24 звездных часа, звездный час — на 60 звездных минут, звездная минута — на 60 звездных секунд. Время, которое проходит от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до ее положения в определенный момент, выраженный в долях звездной суток, называется звездным часом. Обозначается латинской буквой s.

Часовой угол точки весеннего равноденствия, выраженный в часовой мере, численно равен звездному времени в данный момент. Время что прошло от начала суток, равно часовому углу точки весеннего равноденствия. Для его определения пользуются звездами с точно определенными координатами.

Если определен часовой угол любой звезды М (рис.1), то звездный час (дуга Q1Q) равен сумме двух дуг: дуги Q1D (прямое восхождение звезды) и дуги DQ (часовой угол звезды). Следовательно,

где α — прямое восхождение, а t — часовой угол. При наблюдении звезды в момент верхней кульминации часовой угол равен нулю и тогда:

Этой зависимостью пользуются для определения звездного времени из наблюдений моментов кульминации звезд с помощью пассажного инструмента. Звездным временем удобно пользоваться в научных и некоторых инженерных работах, но повседневная жизнь эт’связано с солнечными сутками, которые больше звездных, поэтому введено солнечное время.

НАСТОЯЩЕЕ СОЛНЕЧНЫЕ СУТКИ И НАСТОЯЩЕЕ СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ

Настоящие солнечные сутки определяют с помощью центра Солнца. Промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями центра солнечного диска на одном и том же меридиане называется настоящими солнечными сутками.

Итак, начало солнечных суток, в отличие от звездных, отнесены на ночную пору, поэтому весь день относится к одной календарной дате.

Время, прошедшее от нижней кульминации центра Солнца к его положению в данный момент, выраженное в долях настоящих солнечных суток, называется истинным солнечным временем. Обозначают его буквой Т. Измеряют его часовым углом центра Солнца.

Солнце всегда кульминирует (в верхней кульминации) в 12 h настоящего времени, поэтому t  = 0. Продолжительность настоящих солнечных суток непостоянна, поэтому введены средние солнечные сутки.

СРЕДНИЕ СОЛНЕЧНЫЕ СУТКИ И СРЕДНЕЕ СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ

Неравномерность настоящего времени обусловлено неравномерностью видимого годового движения Солнца по эклиптике и наклона эклиптики к плоскости небесного экватора. Первая причина обусловлена тем, что Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, а такое движение, по второму закону Кеплера, происходит с различными скоростями. С 21 марта по 23 сентября Солнце перемещается медленнее, чем в период с 23 сентября до 21 марта. Вторая причина — наклон эклиптики. На рисунке дуги АВ и ВС изображают по эклиптике вблизи точек равноденствий.

А их проекции ab, bc на экваторе определяют изменение прямых восхождений Солнца. Эти проекции меньше за соответствующие отрезки эклиптики, то есть ab DE и ef > EF. Итак, положение Солнца на эклиптике не может служить мерой времени потому, что эклиптика наклонена к экватору.

Средние солнечные сутки определяют с помощью фиктивной точки, равномерно движущейся по экватору. Среднее еклиптичное Солнце — фиктивная точка, которая равномерно движется по эклиптике со скоростью, равной средней скорости движения настоящего движения Солнца и встречается с ним 3 января и 4 июля. Среднее экваториальное Солнце — фиктивная точка, которая равномерно движется по экватору и одновременно со средним эклиптическим Солнцем проходит точку весеннего равноденствия. Среднее экваториальное Солнце называют средним Солнцем. Промежуток времени между двумя последовательными, нижними кульминациями среднего Солнца на одном и том же меридиане называется средними солнечными сутками. Эти сутки делят на 24 средние солнечные часы, час — на 60 минут, минута — на 60 секунд, эти сутки в течение года постоянны.

Время, которое проходит от нижней кульминации среднего Солнца к его положению в этот момент, выраженный в средних единицах времени, называется средним солнечным временем, или просто средним временем. Обозначают его буквой T_m.

Среднее Солнце наблюдать невозможно, а потому, из наблюдений определяют часовой угол истинного Солнца, добавляют η — к уравнению времени и получают среднее солнечное время:

Среднее солнечное время на данном меридиане равно часовому углу истинного Солнца плюс 12 h и плюс уравнение времени с его знаком.

КАЛЕНДАРЬ

Система отсчета больших промежутков времени (летосчисление) с разделением на отдельные периоды — года, месяца и суток — называется календарь. За основу календарных единиц счета времени взяты естественные единицы времени: солнечный год, синодический месяц (промежуток времени от одного новолуния до другого, равный 29 дн. 12 ч. 44 м. Может варьироваться в пределах 13 часов из за эксцентриситета лунной орбиты) и солнечные сутки.

Эти единицы времени между собой несоизмеримы, а потому согласование их затрудняло построение календарей и порождало путаницу в летоисчислении разных народов, устранению которой астрономы уделяли большое внимания.

Независимость основных единиц времени предопределяла существование трех типов календарей: солнечный, лунный и лунно-солнечный. В солнечный календаре основной единицей времени является продолжительность тропического года (365,2422 суток средних суток). Современный календарь относится к солнечному. В основе месячного календаря лежит продолжительность синодичного месяца (29,5 суток). Год в нем равен 354 или 355 средним солнечным суткам, то есть 12 месяцев по 29,5 суток. Лунно-солнечный календарь — это комбинация солнечного и лунного календаря.

Порядковые номера лет в календарях ведутся от условного начала, что называется эра. Известно свыше 200 различных эр. Египтяне считали эры по годам начала правления фараонов, китайцы – начала правления императоров, римляне, например, считали сначала по именам консулов, далее — «от основания Рима» (соответствует 753 г. до н. е.). В христианской религии введено начало от «сотворение мира» (5508 г до н. е.), но в VI в. принято новую эру — от рождения Христа, которой пользуются во многих странах.

Современный календарь состоит из основных элементов солнечного римского календаря, который был разработан александрийским астрономом Созигеном и введен в 45 г. до н. е. Юлием Цезарем. Год в нем составлял 365,25 солнечной суток, причем для удобства счета предложено считать три года по 365 суток, а каждый четвертый год 366 суток. Года с 365 сутками названо простым, а с 366 — високосными. Все годы, номера которых делятся на 4, считались високосными.

Год состоял из 12 месяцев, длительность и названия которых сохранялись в европейском и российском календарях; в том числе и названия — «июль» и «август» в честь Юлия Цезаря и императора Августа. Дошла до нашего времени и вавилонская семидневная неделю.

В юлианском календаре разница между календарным и тропическим годом составляет 0,0078 суток или 11м 14с; за 128 лет она увеличивается до 1 суток. На конец XVI века, отставание составило уже 10 суток. Итальянский профессор математики Луиджи Лилио Гараллі предложил проект нового календаря, который и был утвержден папой римским Григорием XIII в 1582p.

Новый календарь стал называться григорианском, или «новым стилем«, в отличие от юлианского календаря, или «старого стиля«. В папской булле предписывалось считать следующий после 4 октября 1582 p. день не 5, а 15 октября. Так было ликвидировано 10 дней отставания. Чтобы в дальнейшем не допускать отставания, договорились с каждых 400 лет считать високосными не 100, как в юлианском календаре, а 97 лет и считать простыми те вековые годы, у которых число сотен не делится на 4 без остатка, например 1700, 1800, 1900. В Советской России ликвидировать отставание в 13 суток, день после 31 января 1918 p. стали считать не 1, а 14 февраля.

ВСЕМИРНЫЙ КАЛЕНДАРЬ

По мнению некоторых ученых Григорианский календарь имеет ряд недостатков: неодинаковая продолжительность месяцев, разное количество рабочих дней в месяц, дни недели приходятся из года в год на разные числа месяца.

Новый проект под названием Всемирного календаря было принято лишь в 1954 p. Экономическим и Социальным советом ООН. Структура Всемирного календаря такова: в году 12 месяцев с теми же названиями; неделя остается семидневный; год разделен на 4 квартала по 91 дню; каждый квартал состоит из трех месяцев; первый месяц имеет 31 день, два — по 30 дней; 1 января всегда приходится на воскресенье; кварталы начинаются с воскресенья и заканчиваются субботами. Количество рабочих дней в месяц — 26.

Итак, 4 квартала во Всемирном календаре имеют 364 дня, то есть на один день меньше простого года в григорианском календаре. Этот день рекомендовано считать международным праздником — Днем мира и дружбы народов, или днем Нового года. Устанавливается он между 30 декабря и 1 января. В високосном году следует добавить еще один нерабочий день между датами месяца — (30 июня) — День високосного года.

АТОМНОЕ ВРЕМЯ

Быстрое развитие науки и техники с середины XX века. привел к созданию принципиально новых методов исчисления времени. С этой целью созданы приборы, в которых проходят автономные колебательные процессы высокой стабильности. Во всех приборах, что часто называют стандарты частоты, измерение времени основано на подсчете числа колебаний, возникающих в системе прибора.

Применение этих приборов дало возможность заметить небольшое отклонение в равномерности вращения Земли, которое происходит из-за:

1. в гравитационного действия Луны и Солнца (период вращения Земли медленно увеличивается на 0,0014с за 100 лет);

2. сезонного перераспределения воздушных и водных масс на Земле (меняется продолжительность суток на±0,001с);

3. неожиданных и нерегулярных нарушений равномерности вращения Земли, причины которых еще не установлены (меняется продолжительность суток на±0,004с).

И хотя неравномерность вращения Земли очень мала, все же продолжительность солнечной суток не строго постоянная, и эта единица времени с ее производными уже не может служить эталоном в тех научных исследованиях, где необходимо знать время с точностью не ниже 0,000001с.

Поэтому была разработана система измерения времени, основанный на сверхстабильном эталоне частоты, где используются электромагнитные колебания, которые излучают атомы изотопа металла цезия-133 (Сs-133). Время, измеренное в этой системе, получило название атомного времени. За единицу времени принято атомную секунду, которая равна продолжительности 9 192 631 770 колебаний, соответствующей резонансной частоте квантового перехода сверхтонкой структуры основного состояния атома Сs-133. Атомная секунда принята за единицу времени в Международной системе единиц измерений.

Небольшие апериодические неравномерности во вращении Земли приводят к незначительным расхождениям между средним астрономическим временем и атомным временем. Поэтому регулярно 31 декабря в конце суток вносится поправка, которую добавляют до окончания года, или исключают ее.

Источник