Звездное время

Один из двух известных в мире уцелевших сидерических угловых часов, созданных John Arnold & Son. Ранее он принадлежал сэру Джорджу Шакбург-Эвелину . Он выставлен в Королевской обсерватории, Гринвич , Лондон.

Сидерическое время ( / с aɪ д ɪəˌr я əl / ) является хронометраж системы, астрономы используют , чтобы определить местонахождение небесных объектов . Используя звездное время, можно легко навести телескоп на правильные координаты в ночном небе . Вкратце, звездное время - это «шкала времени, основанная на скорости вращения Земли, измеренной относительно неподвижных звезд ». ^[1]

Если смотреть из того же места , звезда, видимая в одном месте на небе, будет видна в том же месте другой ночью в то же звездное время. Это похоже на то, как время, измеряемое солнечными часами, можно использовать для определения местоположения Солнца . Подобно тому, как Солнце и Луна кажутся восходящими на востоке и заходящими на западе из-за вращения Земли, так и звезды. Как солнечное, так и звездное время используют регулярность вращения Земли вокруг своей полярной оси: солнечное время следует за Солнцем, а звездное время примерно следует за звездами.

Точнее, звездное время - это угол, измеряемый вдоль небесного экватора , от меридиана наблюдателя до большого круга, который проходит через мартовское равноденствие и оба небесных полюса , и обычно выражается в часах, минутах и ​​секундах. ^[2] Обычное время на типичных часах измеряет немного более длинный цикл, учитывающий не только осевое вращение Земли, но и орбиту Земли вокруг Солнца.

Сидерический день составляет около 86164.0905 секунд (23 ч 56 мин 4.0905 сек или 23,9344696 ч).

( Секунды здесь соответствуют определению SI, и их не следует путать с эфемеридными секундами .)

Марта равноденствия сам прецессирует медленно на запад относительно неподвижных звезд, завершая один оборот примерно за 26 000 лет, поэтому неверно названы сидерический день ( «звездное» происходит от латинского Sidus означает «звезда») является 0,0084 секунды короче , чем звездный день , Период вращения Земли относительно неподвижных звезд. ^[3] Немного более длинный «истинный» сидерический период измеряется как угол вращения Земли (ERA), ранее называемый углом звезды. ^[4] Увеличение ERA на 360 ° - это полное вращение Земли.

Поскольку Земля вращается вокруг Солнца один раз в год, звездное время в любом месте и времени будет увеличиваться примерно на четыре минуты по сравнению с местным гражданским временем каждые 24 часа, пока, по прошествии года, не пройдет еще один звездный "день" по сравнению с количество прошедших солнечных дней.

Сравнение с солнечным временем [ править ]

Солнечное время измеряется видимым суточным движением Солнца, а местный полдень в видимом солнечном времени - это момент, когда Солнце находится точно на юге или севере (в зависимости от широты наблюдателя и сезона). Средний солнечный день (то, что мы обычно измеряем как «день») - это среднее время между местными солнечными полуднями («среднее», поскольку оно незначительно меняется в течение года).

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за звездные сутки; за это время он перемещается на небольшое расстояние (около 1 °) по своей орбите вокруг Солнца. Таким образом, после того, как прошел звездный день, Земле все еще нужно немного повернуться, прежде чем Солнце достигнет местного полудня по солнечному времени. Таким образом, средний солнечный день почти на 4 минуты длиннее звездного дня.

Звезды находятся так далеко, что движение Земли по ее орбите почти не влияет на их видимое направление (см., Однако, параллакс ), и поэтому они возвращаются в свою наивысшую точку в звездный день.

Другой способ увидеть эту разницу - заметить, что Солнце, по сравнению со звездами, совершает оборот вокруг Земли один раз в год. Следовательно, солнечных дней в году на один меньше, чем звездных дней. Это делает звездный день приблизительно365,24/366,24 раз больше продолжительности 24-часового солнечного дня, что дает примерно 23 ч 56 мин 4,1 с (86 164,1 с).

Эффекты прецессии [ править ]

Вращение Земли - это не просто вращение вокруг оси, которая всегда оставалась бы параллельной самой себе. Сама ось вращения Земли вращается вокруг второй оси, ортогональной земной орбите, и для ее полного вращения требуется около 25 800 лет. Это явление называется прецессией равноденствий . Из-за этой прецессии кажется, что звезды движутся вокруг Земли более сложным образом, чем простое постоянное вращение.

По этой причине, чтобы упростить описание ориентации Земли в астрономии и геодезии , было принято наносить на карту положения звезд на небе в соответствии с прямым восхождением и склонением , которые основаны на системе отсчета, которая следует за прецессией Земли, и сохранять трек вращения Земли в звездном времени относительно этого кадра. ^[a] В этой системе отсчета вращение Земли близко к постоянному, но кажется, что звезды вращаются медленно с периодом около 25 800 лет. Также в этой системе координат тропический год, год, связанный с временами года на Земле, представляет собой один оборот Земли вокруг Солнца. Точное определение звездных суток - это время, затрачиваемое на один оборот Земли в этой прецессорной системе отсчета.

Современные определения [ править ]

В прошлом время измерялось путем наблюдения за звездами с помощью таких инструментов, как фотографические зенитные трубки и астролябия Данжона , а прохождение звезд через определенные линии синхронизировалось с часами обсерватории. Затем, используя прямое восхождение звезд из звездного каталога, было вычислено время, когда звезда должна была пройти через меридиан обсерватории, и была вычислена поправка ко времени, сохраняемому часами обсерватории. Звездное время был определен таким образом, что в марте равноденствия бы транзит меридиан обсерватории в 0 часов местное звездное время. ^[6]

Начиная с 1970-х годов радиоастрономические методы интерферометрии с очень длинной базой (РСДБ) и хронометраж пульсаров обогнали оптические инструменты в плане наиболее точной астрометрии . Это привело к определению UT1 (среднего солнечного времени на долготе 0 °) с использованием VLBI, нового измерения угла вращения Земли и новых определений звездного времени. Эти изменения были введены в действие 1 января 2003 г. ^[7]

Угол вращения Земли [ править ]

Угол вращения Земли (ERA) измеряет вращение Земли от начальной точки на небесном экваторе, от промежуточной небесной точки, которая не имеет мгновенного движения вдоль экватора; Первоначально он назывался невращающейся исходной точкой. ERA заменяет видимое звездное время по Гринвичу (GAST). Источник на небесном экваторе для GAST, называемый истинным равноденствием , действительно перемещается из-за движения экватора и эклиптики. Отсутствие движения происхождения ЭРА считается существенным преимуществом. ^[8]

ERA, измеряемое в радианах , связано с UT1 выражением ^[3]

${\displaystyle \theta (t_{U})=2\pi (0.779\,057\,273\,2640+1.002\,737\,811\,911\,354\,48t_{U})}$

где t _U - дата по юлианскому UT1 - 2451545.0.

ERA может быть преобразован в другие единицы; например, в Астрономическом альманахе за 2017 год оно выражено в градусах, минутах и ​​секундах. ^[9]

Например, в Астрономическом альманахе за 2017 год ERA в 0 часов 1 января 2017 года UT1 указано как 100 ° 37 ′ 12,4365 ″. ^[10]

Сидерическое время [ править ]

Хотя ERA предназначена для замены звездного времени, необходимо поддерживать определения звездного времени во время перехода и при работе со старыми данными и документами.

Подобно среднему солнечному времени, каждое место на Земле имеет собственное местное звездное время (LST), в зависимости от долготы точки. Так как это не представляется возможным публиковать таблицы для каждой долготы, астрономические таблицы , использовать Гринвич звездное время (GST), что звездное время на опорный меридиан , менее точно называется Гринвич, или премьер - меридиан . Есть две разновидности: среднее звездное время, если используются средний экватор и точка равноденствия даты, и кажущееся звездное время, если используются видимый экватор и равноденствие даты. Первый игнорирует эффект астрономической нутации.в то время как последний включает его. Когда выбор местоположения сочетается с выбором включения или выключения астрономической нутации, получаются сокращения GMST, LMST, GAST и LAST.

Имеют место следующие отношения: ^[11]

Новые определения среднего по Гринвичу и кажущегося звездного времени (с 2003 г., см. Выше):

${\displaystyle \mathrm {GMST} (t_{U},t)=\theta (t_{U})-E_{\mathrm {PREC} }(t)}$

${\displaystyle \mathrm {GAST} (t_{U},t)=\theta (t_{U})-E_{0}(t)}$

где θ - угол вращения Земли, E _PREC - накопленная прецессия, а E ₀ - уравнение начала координат, которое представляет накопленную прецессию и нутацию. ^[12] Расчет прецессии и нутации был описан в главе 6 Urban & Seidelmann.

Например, в Астрономическом альманахе за 2017 год ERA в 0 ч 1 января 2017 года UT1 составляет 100 ° 37 ′ 12,4365 ″. GAST составил 6 ч 43 м 20,7 · 109 с. Для GMST часы и минуты были такими же, но секунда была 21.1060. ^[10]

Связь между солнечным временем и сидерическими временными интервалами [ править ]

Если определенный интервал I измеряется как в среднем солнечном времени (UT1), так и в звездном времени, числовое значение будет больше в звездном времени, чем в UT1, потому что звездные дни короче, чем дни UT1. Соотношение:

${\displaystyle {\frac {I_{\mathrm {mean\,sidereal} }}{I_{\mathrm {UT1} }}}=r'=1.002\,737\,909\,350\,795+5.9006\times 10^{-11}t-5.9\times 10^{-15}t^{2}}$

где t представляет количество юлианских столетий, прошедших с полудня 1 января 2000 года по земному времени . ^[13]

Сидерические дни по сравнению с солнечными днями на других планетах [ править ]

Из восьми солнечных планет все, кроме Венеры и Урана, имеют прямое вращение, то есть они вращаются более одного раза в год в том же направлении, что и вокруг Солнца, поэтому Солнце восходит на востоке. ^[14] Венера и Уран, однако, имеют ретроградное вращение. Для прямого вращения формула, связывающая длины звездных и солнечных дней, следующая:

или, что то же самое:

Но учтите, что при вычислении формулы ретроградного вращения оператором знаменателя будет знак плюс. Потому что орбита будет вращаться вокруг объекта в противоположном направлении.

Все солнечные планеты, более удаленные от Солнца, чем Земля, похожи на Землю в том смысле, что, поскольку они совершают много оборотов за один оборот вокруг Солнца, существует лишь небольшая разница между продолжительностью звездных суток и продолжительностью солнечных суток - отношение первых ко вторым никогда не бывает меньше земного отношения 0,997. Но с Меркьюри все обстоит иначе.и Венера. Сидерический день Меркурия составляет около двух третей его орбитального периода, поэтому, согласно прямой формуле, его солнечный день длится два оборота вокруг Солнца - в три раза дольше, чем его звездные сутки. Венера вращается ретроградно с сидерическими днями продолжительностью около 243,0 земных дня, что примерно в 1,08 раза больше ее орбитального периода, составляющего 224,7 земных дня; следовательно, по ретроградной формуле его солнечные сутки составляют около 116,8 земных суток, а на орбитальный период приходится около 1,9 солнечных суток.

По соглашению периоды вращения планет даны в звездных единицах, если не указано иное.

См. Также [ править ]

• Анти-сидерическое время
• Вращение Земли
• Международная небесная система отсчета
• Ночной (инструмент)
• Сидерический месяц
• Сидерический год
• Синодальный день
• Транзитный инструмент

Примечания [ править ]

Цитаты [ править ]

Ссылки [ править ]

• Астрономический альманах за 2017 год . Вашингтон и Тонтон: Типография правительства США и Гидрографическая служба Великобритании. 2016. ISBN. 978-0-7077-41666.
• Бакич, Майкл Э. (2000). Кембриджский планетарный справочник . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-63280-3.
• «Угол вращения Земли» . Международная служба вращения Земли и системы отсчета . 2013 . Проверено 20 марта 2018 года .
• Пояснительное приложение к эфемеридам . Лондон: Канцелярские товары Ее Величества. 1961 г.
• «Время и частота от А до Я, С до Так» . Национальный институт стандартов и технологий.
• Урбан, Шон Э .; Зайдельманн, П. Кеннет, ред. (2013). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху (3-е изд.). Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 1-891389-85-8.

Внешние ссылки [ править ]

Посмотрите звездное время в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Веб-калькулятор звездного времени