Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

На такой прогрессивной планете, как Земля , звездные сутки короче солнечных суток . В момент времени 1 Солнце и некая далекая звезда находятся над головой. Во время 2 планета повернулась на 360 °, и далекая звезда снова находится над головой (1 → 2 = один звездный день). Но только немного позже, в момент времени 3, Солнце снова находится над головой (1 → 3 = один солнечный день). Проще говоря, 1-2 - это полное вращение Земли , но поскольку вращение вокруг Солнца влияет на угол, под которым Солнце видно с Земли, 1-3 - это время, необходимое для возвращения в полдень .

Солнечное время - это расчет времени, основанный на положении Солнца на небе . Основная единица солнечного времени - сутки . Два типа солнечного времени - это кажущееся солнечное время ( солнечные часы ) и среднее солнечное время (время часов).

Вступление

Орбита Земли вокруг Солнца, показывающая ее эксцентриситет

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 местного кажущегося 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. [1] 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 . [2]

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, кроме Солнца.) [3] К 1950-м годам стало ясно, что скорость вращения Земли не постоянна, поэтому астрономы разработали эфемериды. time , 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. [4] 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 . [5] [6] Солнечное время можно грубо измерить с помощью солнечных часов . Эквивалент на других планетах называется местным истинным солнечным временем (LTST). [7] [8]

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 , дневное 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.

Продолжительность видимого солнечного дня (1998 г.) [9]
ДатаПродолжительность в среднем солнечном времени
11 февраля24 часа
26 марта24 часа - 18,1 секунды
14 мая24 часа
19 июня24 часа + 13,1 секунды
25/26 июля24 часа
16 сентября24 часа - 21,3 секунды
2/3 ноября24 часа
22 декабря24 часа + 29,9 секунды

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

Среднее солнечное время

Основная статья: Всемирное время
Уравнение времени - над осью солнечные часы будут отображаться быстрее по сравнению с часами, показывающими местное среднее время, а под осью солнечные часы будут отображаться медленными .

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. [10] В настоящее время (2009 г.) это реализовано с помощью шкалы времени UT1 , математически построенной на основе интерферометрических наблюдений с очень длинной базой дневных движений радиоисточников, расположенных в других галактиках, и других наблюдений. [11] [12] Продолжительность светового дня меняется в течение года, но продолжительность среднего солнечного дня почти постоянна, в отличие от видимого солнечного дня. [13]Кажущийся солнечный день может быть на 20 секунд короче или на 30 секунд длиннее среднего солнечного дня. [9] [14] Длинные или короткие дни происходят последовательно, так что разница нарастает до тех пор , среднее время не находится впереди видимого времени около 14 минут рядом с 6 февраля и позади видимой времени примерно на 16 минут около 3 ноября уравнение времени это разница, которая носит циклический характер 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 вдоль небесного экватора с постоянной скоростью и совпадающее с первым фиктивным Солнцем в дни равноденствия. Это второе вымышленное Солнце - среднее Солнце ... » [15]

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

История

Солнце и Луна , Нюрнбергские хроники , 1493 г.

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 настраивались 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 всемирного координированного времени теперь работает в секундах СИ., а секунда в системе СИ, когда она была принята, была уже немного короче, чем текущее значение секунды среднего солнечного времени. [16] )

Смотрите также

  • Среднее местное время
  • Меридианный круг
  • Вращение Земли
  • Звездное время
  • Синодический день

Рекомендации

  1. ^ Астрономический альманах Интернет. Архивировано 8 ноября 2015 года в Wayback Machine (2011), в Управлении морского альманаха Ее Величества и Военно-морской обсерватории США. Глоссарий св солнечного времени.
  2. ^ Високосные секунды . Архивировано 12 марта 2015 года на Wayback Machine (1999). Департамент службы времени, Военно-морская обсерватория США.
  3. ^ Относительно трех видов времени см. (Например) пояснительный раздел в альманахе Connaissance des Temps за 1902 г., стр. 759. Архивировано 10 августа 2011 г. в Wayback Machine .
  4. ^ Небесная механика Глава 6 архивации 2015-09-23 в Wayback Machine , JB Татум, Университет Виктории
  5. ↑ Астрономический онлайн-альманах, заархивированный 14 сентября 2008 г.на Wayback Machine (2010). Военно-морская обсерватория США . св солнечное время, кажущееся; дневное движение; кажущееся место.
  6. ^ Yallop, BD и Hohenkerk, CY (август 1989). Схема расположения Солнца. Архивировано 24 декабря 2010 г. на Wayback Machine (астрономический информационный лист № 58). Управление морского альманаха HM.
  7. ^ Эллисон, Майкл; Шмунк, Роберт (30 июня 2015 г.). «Технические заметки о солнечном времени Марса, принятые солнечными часами Mars24» . Институт космических исследований Годдарда . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Архивировано 25 сентября 2015 года . Проверено 8 октября 2015 года .
  8. ^ Эллисон, Майкл; МакИвен, Меган (2000). «Пост-Pathfinder оценка ареоцентрических солнечных координат с улучшенными временными рецептами для сезонных / суточных климатических исследований Марса» . Планетарная и космическая наука . 48 (2–3): 215. Bibcode : 2000P & SS ... 48..215A . DOI : 10.1016 / S0032-0633 (99) 00092-6 . ЛВП : 2060/20000097895 . Архивировано 23 июня 2015 года.
  9. ^ a b Жан Миус (1997), кусочки математической астрономии (Ричмонд, Вирджиния: Виллманн-Белл) 346. ISBN 0-943396-51-4 . 
  10. ^ Хилтон, Джеймс Л; Маккарти, Деннис Д. (2013). «Преессия, нутация, полярное движение и вращение Земли». В Урбане, Шон Э .; Зайдельманн, П. Кеннет (ред.). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху (3-е изд.). Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 978-1-891389-85-6.
  11. Перейти ↑ McCarthy, DD & Seidelmann, PK (2009). ВРЕМЯ От вращения Земли к атомной физике. Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. ISBN 978-3-527-40780-4 . С. 68, 326. 
  12. Перейти ↑ Capitaine, N. , Wallace, PT, & McCarthy, DD (2003). «Выражения для реализации определения UT1 от IAU 2000». Архивировано 07 апреля 2016 г.в Wayback Machine , Astronomy and Astrophysics , vol.406 (2003), pp.1135-1149 (или в формате pdf ); а некоторые более ранние определения UT1 см. Aoki, S., H Kinoshita, H., Guinot, B., Kaplan, GH, DD McCarthy, DD, & Seidelmann, PK (1982) «Новое определение всемирного времени» , Astronomy and Astrophysics , vol.105 (1982), pp. 359-361.
  13. ^ Обсуждение небольших изменений, влияющих на средний солнечный день, см. Встатье ΔT .
  14. ↑ «Продолжительность настоящего солнечного дня». Архивировано 26 августа 2009 г. в Wayback Machine . Пьерпаоло Риччи. pierpaoloricci.it. (Италия)
  15. ^ Meeus, J. (1998). Астрономические алгоритмы. 2-е изд. Ричмонд В.А.: Виллманн-Белл. п. 183.
  16. ^ : (1) В «Физической основе дополнительной секунды» Д.Д. Маккарти, К. Хакмана и Р. А. Нельсона в Astronomical Journal, том 136 (2008), страницы 1906-1908, говорится (страница 1908), что «секунда SI эквивалентна более старому измерению секунды UT1, которое было слишком маленьким для начала, и далее, по мере увеличения длительности секунды UT1, расхождение увеличивается». : (2) В конце 1950-х годов цезиевый стандарт использовался для измерения как текущей средней длины секунды среднего солнечного времени (UT2) (результат: 9192631830 циклов), так и секунды эфемеридного времени (ET) (результат: 9192631770 ± 20 циклов), см. «Шкалы времени» Л. Эссена. Архивировано 19 октября 2008 г.в Wayback Machine., в Metrologia, том 4 (1968), стр. 161-165, стр. 162. Как хорошо известно, 9192631770 цифра была выбрана для второго SI . Л. Эссен в той же статье 1968 года (стр. 162) заявил, что это «казалось разумным с учетом вариаций в UT2».

Внешние ссылки

  • Восход и заход солнца и максимальная высота Солнца круглый год в любом месте
  • Astrarium Solar Tempometer : Кажущееся солнечное время на цифровом дисплее.