Исчисление времени по солнцу

Солнечное время — Solar time

Солнечное время — это расчет времени, основанный на положении Солнца на небе . Фундаментальной единицей солнечного времени являются сутки , основанные на периоде синодического вращения . Два типа солнечного времени — это кажущееся солнечное время ( солнечные часы ) и среднее солнечное время (время часов).

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление

Высокий столб, вертикально закрепленный в земле, отбрасывает тень в любой солнечный день. В какой-то момент в течение дня тень будет указывать точно на север или юг (или исчезнет, ​​когда и если Солнце движется прямо над головой). Это мгновение — полдень по местному времени или 12:00 по местному кажущемуся времени. Примерно через 24 часа тень снова будет указывать с севера на юг, и кажется, что Солнце покрыло дугу в 360 градусов вокруг оси Земли. Когда Солнце покрыло ровно 15 градусов (1/24 круга, оба угла измеряются в плоскости, перпендикулярной оси Земли), местное видимое время составляет ровно 13:00; еще через 15 градусов ровно 14:00.

Проблема в том, что в сентябре Солнцу требуется меньше времени (если судить по точным часам), чтобы совершить видимый оборот, чем в декабре; 24 «часа» солнечного времени могут быть на 21 секунду меньше или на 29 секунд больше, чем 24 часа часового времени. Это изменение количественно выражается уравнением времени и связано с эксцентриситетом орбиты Земли (т. Е. Орбита Земли не является идеально круговой, что означает, что расстояние Земля-Солнце меняется в течение года), а также тем фактом, что ось Земли не перпендикулярна плоскости своей орбиты (так называемый наклон эклиптики ).

Результатом этого является то, что часы, работающие с постоянной скоростью — например, совершая одинаковое количество колебаний маятника за каждый час, — не могут следовать за фактическим Солнцем; вместо этого он следует за воображаемым «средним Солнцем», которое движется вдоль небесного экватора с постоянной скоростью, которая соответствует средней скорости реального Солнца в течение года. Это «среднее солнечное время», которое все еще не является совершенно постоянным от одного столетия к другому, но достаточно близко для большинства целей. В настоящее время средний солнечный день составляет около 86 400,002 секунды СИ .

Два вида солнечного времени ( кажущееся солнечное время и среднее солнечное время ) относятся к трем видам исчисления времени, которые использовались астрономами до 1950-х годов. (Третий вид традиционного исчисления времени — звездное время , основанное на видимом движении звезд, отличных от Солнца.) К 1950-м годам стало ясно, что скорость вращения Земли непостоянна, поэтому астрономы разработали эфемеридное время , т. Е. шкала времени, основанная на положениях тел Солнечной системы на их орбитах.

Видимое солнечное время

Видимое Солнце — это истинное Солнце, как его видит наблюдатель на Земле. Видимое солнечное время или истинное солнечное время основано на видимом движении Солнца . Он основан на видимых солнечных днях , интервале между двумя последовательными возвращениями Солнца к местному меридиану . Кажущееся солнечное время можно грубо измерить с помощью солнечных часов . Эквивалент на других планетах называется местным истинным солнечным временем (LTST).

Продолжительность солнечных суток меняется в течение года, и накопленный эффект приводит к сезонным отклонениям до 16 минут от среднего значения. Эффект имеет две основные причины. Во-первых, из-за эксцентриситета орбиты Земли Земля движется быстрее, когда она находится ближе всего к Солнцу ( перигелий ), и медленнее, когда она находится дальше всего от Солнца ( афелий ) (см . Законы движения планет Кеплера ). Во-вторых, из-за наклона оси Земли (известного как наклон эклиптики ) годовое движение Солнца происходит по большому кругу ( эклиптике ), наклоненному к небесному экватору Земли . Когда Солнце пересекает экватор во время обоих равноденствий , суточное смещение Солнца (относительно фоновых звезд) происходит под углом к ​​экватору, поэтому проекция этого смещения на экватор меньше его среднего значения за год; когда Солнце находится дальше всего от экватора во время обоих солнцестояний , смещение Солнца в положении от одного дня к другому параллельно экватору, поэтому проекция на экватор этого смещения больше, чем в среднем за год (см. тропический год ). В июне и декабре, когда Солнце находится дальше всего от небесного экватора, данное смещение по эклиптике соответствует большому смещению на экваторе. Таким образом, видимые солнечные дни в марте и сентябре короче, чем в июне или декабре.

Эта длина немного изменится через несколько лет и значительно изменится через тысячи лет.

Среднее солнечное время

Среднее солнечное время — это часовой угол среднего Солнца плюс 12 часов. Это 12-часовое смещение происходит из решения начинать каждый день в полночь для гражданских целей, тогда как часовой угол или среднее солнце отсчитывается от местного меридиана. В настоящее время (2009 г.) это реализовано с помощью шкалы времени UT1 , построенной математически на основе интерферометрических наблюдений с очень длинной базой дневных движений радиоисточников, расположенных в других галактиках, и других наблюдений. Продолжительность светового дня меняется в течение года, но продолжительность среднего солнечного дня почти постоянна, в отличие от кажущегося солнечного дня. Кажущийся солнечный день может быть на 20 секунд короче или на 30 секунд длиннее среднего солнечного дня. Длинные или короткие дни происходят последовательно, поэтому разница увеличивается до тех пор, пока среднее время не опережает кажущееся время примерно на 14 минут около 6 февраля и отстает от кажущегося времени примерно на 16 минут около 3 ноября. Уравнение времени представляет собой эту разницу, которая равна цикличен и не накапливается из года в год.

Среднее время следует за средним солнцем. Жан Мееус описывает среднее солнце следующим образом:

Рассмотрим первое вымышленное Солнце, движущееся по эклиптике с постоянной скоростью и совпадающее с истинным Солнцем в перигее и апогее (когда Земля находится в перигелии и афелии соответственно). Затем представьте себе второе фиктивное Солнце, движущееся по небесному экватору с постоянной скоростью и совпадающее с первым фиктивным Солнцем в дни равноденствия. Это второе вымышленное Солнце — среднее Солнце . «

Продолжительность среднего солнечного дня медленно увеличивается из-за приливного ускорения Луны Землей и соответствующего замедления вращения Земли Луной.

История

Для моделирования среднего солнечного времени использовалось множество методов. Самыми ранними из них были клепсидры или водяные часы , которые использовались почти четыре тысячелетия с середины 2-го тысячелетия до нашей эры до начала 2-го тысячелетия. До середины 1-го тысячелетия до нашей эры водяные часы были настроены только для согласования с видимым солнечным днем, поэтому они были не лучше, чем тень, отбрасываемая гномоном (вертикальный столб), за исключением того, что их можно было использовать ночью.

Но давно известно, что Солнце движется на восток относительно неподвижных звезд по эклиптике. С середины первого тысячелетия до нашей эры суточное вращение неподвижных звезд использовалось для определения среднего солнечного времени, с которым сравнивались часы, чтобы определить частоту их ошибок. Вавилонские астрономы знали уравнение времени и корректировали его, а также различную скорость вращения звезд, звездное время, чтобы получить среднее солнечное время гораздо более точное, чем их водяные часы. Это идеальное среднее солнечное время с тех пор используется для описания движения планет, Луны и Солнца.

Механические часы не достигли точности «звездных часов» Земли до начала 20 века. Сегодняшние атомные часы имеют гораздо более постоянный ход, чем земные, но звездные часы по-прежнему используются для определения среднего солнечного времени. Где-то в конце 20-го века вращение Земли было определено относительно ансамбля внегалактических радиоисточников, а затем преобразовано в среднее солнечное время в принятом соотношении. Разница между этим вычисленным средним солнечным временем и всемирным координированным временем (UTC) определяет, нужна ли дополнительная секунда . (Шкала времени UTC теперь работает в секундах СИ , а секунда в системе СИ, когда она принята, уже была немного короче, чем текущее значение секунды среднего солнечного времени.)

Источник

Время в астрономии

На протяжении всей истории человечества времени отводилась важная роль. В своем роде, продолжительность любого действия. В конце концов, это оценка самой жизнидеятельности. Представьте, если бы не было времени, то как бы мы определяли все вокруг.

Юлианские дни

Астрономы приняли определенную порядковую нумерацию дней. В ней существует цикл длиной 28 лет. В нём все дни и недели повторяются.

Данный способ измерения разработан Джоном Гершелем в 1849 году. Счёт времени начался с полудня 1 апреля с 4713 года до нашей эры. А предложил его использовать Иосиф Скалигер. Кстати, он и назвал его юлианским, в честь отца Юлия

«Вселенная и время бесконечны. Значит любое событие неизбежно, даже невозможное»
из фильма Трасса 60

Звездное время

Данный вид времени можно определить как часовой угол точки весеннего равноденствия. Более того, по этому месту отсчитывают звёздное время.

Звёздные сутки соответствуют дистанции между двумя последовательными вершинами.

Звёздные сутки подразумевают продолжительность оборота Земли вокруг своей оси. Их делят на часы, минуты и секунды. В одном году звездных суток больше на один, чем в средних солнечных.
Как видно, звёздные сутки короче, чем средние солнечные. Установленная разница составляет 3 минуты 56 секунд. Притом, время обращения Земли к точке весеннего равноденствия всегда одно и то же. Итак, сутки постоянны.

Солнечное время

Применение звёздного времени удобно в астрономии, но не для обыденной жизни человека. Поэтому было принято такое понятие как солнечное время.
Этот отрезок времени зависит от изменения часового угла Солнца.

Данный порядок расчёта времени основан на интервале между двумя последовательными кульминациями Солнца. Кстати, большую роль играет были эти кульминации верхними или нижними. От этого различают полдень сейчас или полночь.

Истинное и среднее солнечное время

Солнечное время бывает истинным и средним. Зависит это того, по какому Солнцу его определяют.

Истинные солнечные сутки это время оборота Земли касательно Солнца.
Началом таких суток принято считать истинную полночь, то есть период нижней кульминации Солнца.

Передвижение солнца неравномерно. В результате этого, солнечные сутки, к примеру, 22 декабря длиннее, чем 23 сентября почти на одну минуту. Но такая неточность неудобна для расчёта.

В нашей жизни сутки составляют 24 часа. Но в основном измеряют всё в секундах. Кроме того, для определения времени человек различает утро, день, вечер и ночь. Это зависит, прежде всего, от того, где расположено Солнце относительно отдельного меридиана.

А вот средние солнечные сутки используются для точного определения времени.
Это время между двумя относительными кульминациями среднего экваториального солнца на одном меридиане. Лучше сказать, что средние солнечные сутки соответствуют среднему значению истинных солнечных.

Эклиптическое солнце размеренно двигается со средней скоростью Солнца. Сходятся они примерно 3 января и 4 июля.
Экваториальное также равномерно, но совпадает с эклиптическим солнцем в точке весеннего равноденствия. Среднее экваториальное солнце постоянно и равномерно относительно истинному солнечному времени.

Поясное время

В общем, используется оно в основном в географии.
Из школьных знаний нам известно, что Земля делится на меридианы. Всего их 24 и они отстают друг от друга на 15 градусов долготы.
Принято считать, что начальный меридиан с нулевой долготой является основным. Его ещё называют всемирным.
Меридианы простираются с запада на восток.
Такое время в соседних поясах отличается на один час. Для того, чтобы вычислить время отдельного пояса, необходимо узнать номер пояса.

Собственно говоря, поясное время это время часового пояса. Принято считать, что день состоит из 24 часов и начинается в полночь.

Декретное время

Например, на территории России выделено на 9 часовых поясов. В 1930 году определили понятие декретного времени. К поясному добавили один час.

Декретное время также называют московским.

Это определение времени по подразумевает использование времени соседнего пояса. Иначе говоря, декретное время это поясное время плюс один час.
По новым понятиям его называют местным временем.

Эфемеридное время

Это шкала времени, определяющая секунды. Расчёт такого времени не зависит от скорости вращения Земли.
Вдобавок, оно является основной единицей времени. Ввел это понятие в 1952 году Дж. М. Клеменс.

Эфемеридное время постоянно и применяется, на самом деле, для удобства исчисления.

«Отнять у человека час времени, отнять у человека жизнь-разница в масштабах»
Франк Герберт

Как видно, время это продолжительность чего-либо. Надо полагать, это самое уникальное течение и величина, которую определил человек. Помимо всего прочего, для его расчёта придумали множество способов.

Источник

Как определить время по солнцу

Если вы оставили дома свои часы или смартфон, вы вполне можете сориентироваться во времени по солнцу. Эти навыки помогут вам вовремя прийти на остановку автобуса или электрички, не пропустить важную встречу, вовремя включить телевизор с любимой передачей. В этой статье вы узнаете о том, по каким признакам ориентироваться и как правильно определять время по положению солнца.

Определение времени по солнцу в северном полушарии Земли

Самые простые солнечные часы для определения времени можно изготовить из элементарных подручных средств. Для этого потребуются компас и спичка. Компас устанавливается на плоской, ровной поверхности , указывается точное направление севера. Циферблат устанавливается таким образом, чтобы стрелка указывала на северное направление и отметку компаса 180 градусов (азимут). Аккурат на центр компаса ставится спичка.

Чтобы точно узнать, который час по положению солнца и тени, нужно посмотреть, куда падает тень от спички, лежащей на компасе. Если тень попадает на 180 градусов, значит, сейчас 12 часов дня, если 270 — то 6 часов вечера, а если 90 — 6 часов утра. Таким образом, каждый час на солнечных часах равен 15 градусам на компасе. Чтобы часы показали правильное время, необходимо, чтобы солнце направляло свои лучи аккурат на компас и спичку.

Другие виды солнечных часов

Есть и другие способы изготовления солнечных часов своими руками. Так, если вы находитесь на природе, и хотите иметь более стационарные часы ( наручные часы и телефон, как известно, были успешно забыты дома), вы можете начертить компас со шкалой градусов прямо на земле, при этом отметка 180 градусов должна чётко указывать на северное направление.

Как определить , где север, если вы и компас забыли, подробно не буду описывать. Можно это сделать, например, по природным признакам: Мох обычно растет на северной стороне деревьев, камней и пней (правда, это относится только к отдельно стоящим деревья и камням). Муравейник обычно стоит с юга от ближайшего дерева или куста, причём южная сторона муравейника пологая. На коре хвойных деревьев в жару выделяется больше смолы с южной стороны. Грибы на деревьях обычно растут на северной стороне.

В центре начерченного круга устанавливается длинная палка, от которой на отметки будет падать тень. Можно даже написать вместо отметок компаса цифры, как на циферблате часов, и это даст вам возможность точно отследить текущее время.

Другие способы определения времени по солнцу не работают, а точнее, работают, но нужно знать ряд дополнительных факторов. Так, невозможно установить точное время по восходу и закату, так как во всех странах мира это происходит в разное время, в зависимости от сезона. Так что, если вы хотите точно знать время суток, восход и закат солнца не дадут вам точной, детальной информации. Изготавливайте солнечные часы, и только так вы сможете узнать точное время в данный момент.

Определение времени по солнцу в южном полушарии Земл и

В южном полушарии время по солнцу определяется аналогичным способом, как и в северном. Отличие состоит лишь в том, что стрелка должна указывать южное направление. Действуйте так же, как и в случае с северным полушарием, только поменяйте направление стрелки компаса.

Определение времени по солнцу на экваторе

Для определения времени по экватору нужно устанавливать часы не в горизонтальном, а в вертикальном положении по отношению к поверхности горизонта. Изготавливается такой же компас, что и в предыдущих случаях, меняется только его положение. Так что, если вы находитесь в экваториальной части планеты, ваши действия такие же, как в северном и южном полушариях, только часы стоят в вертикальной позиции по отношению к горизонту.

Погрешности солнечных часов

При изготовлении солнечных часов нужно учитывать, что фактическое времени, показанное на солнечных часах, может отличаться от времени вашего региона. Учитывайте разницу часовых поясов, например, между Москвой и Казанью, или между Москвой и Тюменью. На Камчатке — свой часовой пояс, поэтому нужно учитывать разницу, если вы территориально находитесь в другом регионе страны. Также нужно учитывать переход на зимнее и летнее время. Это поможет вам точно определить время по вашему региону.

Как вы видите, для изготовления солнечных часов не требуется особых навыков, а спички и песок можно найти на любой территории. Так что, если вы проводите время в походе, на рыбалке или просто прогуливаетесь на природе, вы всегда можете сориентироваться по времени, не имея при себе наручных часов или электронных гаджетов. Вы можете для интереса хотя бы раз попробовать определить время по солнечным часам, будучи на природе, и мы уверены, что такой эксперимент вам определённо понравится!

Источник