stringtranslate.com

Солнечное время

На такой прогрессивной планете, как Земля , сидерический день короче солнечного . В момент времени 1 Солнце и некоторая далекая звезда находятся над головой. В момент времени 2 планета повернулась на 360°, и далекая звезда снова оказалась над головой (1 → 2 = один звездный день). Но лишь немного позже, в момент 3, Солнце снова оказывается над головой (1 → 3 = один солнечный день). Проще говоря, 1→2 — это полный оборот Земли , но поскольку вращение вокруг Солнца влияет на угол , под которым Солнце видно с Земли, 1→3 — это то, сколько времени потребуется полудню , чтобы вернуться. [Обратите внимание, что на этой диаграмме относительное движение и соответствующие углы сильно преувеличены в иллюстративных целях.]

Солнечное время — это расчет течения времени , основанный на положении Солнца на небе . Фундаментальной единицей солнечного времени являются сутки , основанные на синодическом периоде вращения . Традиционно существует три типа расчета времени, основанные на астрономических наблюдениях: видимое солнечное время и среднее солнечное время (обсуждаемые в этой статье) и звездное время , которое основано на видимом движении звезд , отличных от Солнца. [1]

Введение

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 будет двигаться прямо над головой). Этот момент — полдень по местному времени или 12:00 по местному времени. Примерно через 24 часа тень снова направится с севера на юг, при этом Солнце, кажется, прошло дугу в 360 градусов вокруг оси Земли. Когда Солнце прошло ровно 15 градусов (1/24 круга, причем оба угла измеряются в плоскости, перпендикулярной оси Земли), местное видимое время составляет ровно 13:00; еще через 15 градусов будет ровно 14:00.

Проблема в том, что в сентябре Солнцу требуется меньше времени (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 обусловлено эксцентриситетом орбиты Земли (например, орбита Земли не является идеально круглой, а это означает, что расстояние Земля-Солнце меняется в течение года), а также тем фактом, что ось Земли не перпендикулярна плоскости своей орбиты (так называемое наклон эклиптики ).

Результатом этого является то, что часы, идущие с постоянной скоростью (например, совершающие одинаковое количество качаний маятника за каждый час), не могут следовать за реальным Солнцем; вместо этого он следует за воображаемым «средним Солнцем», которое движется вдоль небесного экватора с постоянной скоростью, которая соответствует средней скорости реального Солнца за год. [2] Это «среднее солнечное время», которое все еще не является совершенно постоянным от одного столетия к другому, но достаточно близко для большинства целей. По состоянию на 2008 год средний солнечный день составляет около 86 400,002 секунды СИ , то есть около 24,0000006 часов. [3]

Видимое солнечное время

Видимое солнце — это истинное солнце, каким его видит наблюдатель на Земле. [4] Видимое солнечное время или истинное солнечное время [a] основано на кажущемся движении реального Солнца . Он основан на видимом солнечном дне , интервале между двумя последовательными возвращениями Солнца на местный меридиан . [5] [6] Видимое солнечное время можно грубо измерить с помощью солнечных часов . Эквивалент на Марсе называется марсианским местным истинным солнечным временем (LTST). [7] [8]

Продолжительность солнечного дня меняется в течение года, а совокупный эффект вызывает сезонные отклонения 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 ), который наклонен к небесному экватору Земли . Когда Солнце пересекает экватор в оба равноденствия , суточное смещение Солнца (относительно звезд фона) происходит под углом к ​​экватору, поэтому проекция этого смещения на экватор меньше, чем его среднее значение за год; когда Солнце находится дальше всего от экватора в оба солнцестояния , смещение положения Солнца 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, заданное смещение вдоль эклиптики соответствует большому смещению на экваторе. Поэтому видимые солнечные дни в марте и сентябре короче, чем в июне или декабре.

Эти длины немного изменятся через несколько лет и существенно через тысячи лет.

Среднее солнечное время

Уравнение времени: над осью солнечные часы будут казаться быстрыми по сравнению с часами, показывающими местное среднее время, а под осью солнечные часы будут медленными .

Среднее солнечное время — это часовой угол среднего Солнца плюс 12 часов. Это 12-часовое смещение обусловлено решением в гражданских целях начинать каждый день в полночь, тогда как часовой угол или среднее солнце измеряется от местного меридиана. [10] По состоянию на 2009 год это реализуется с помощью временной шкалы UT1 , построенной математически на основе интерферометрических наблюдений с очень длинной базой за суточными движениями радиоисточников, расположенных в других галактиках, и других наблюдений. [11] : 68, 326  [12] Продолжительность светового дня варьируется в течение года, но продолжительность среднего солнечного дня почти постоянна, в отличие от видимого солнечного дня. [13] Видимый солнечный день может быть на 20 секунд короче или на 30 секунд длиннее среднего солнечного дня. [9] [14] Длинные или короткие дни происходят подряд, поэтому разница увеличивается до тех пор, пока среднее время не опережает видимое время примерно на 14 минут около 6 февраля и отстает от видимого времени примерно на 16 минут около 3 ноября. Уравнение время – это разница, которая носит циклический характер и не накапливается из года в год.

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

Рассмотрим первое фиктивное 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 рассмотрим второе фиктивное Солнце, движущееся вдоль небесного экватора с постоянной скоростью и совпадающее с первым фиктивным Солнцем в точках равноденствия. Это второе фиктивное 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 , Нюрнбергская хроника , 1493 г.

Солнце всегда было видно на небе, и его положение формирует основу видимого солнечного времени — метода измерения времени, использовавшегося в древности. Египетский обелиск , построенный ок. 3500 г. до н.э., [16] гномон в Китае, датированный 2300 г. до н.э., [17] и египетские солнечные часы , датированные 1500 г. до н.э. [18], являются одними из самых ранних методов измерения положения Солнца.

Вавилонские астрономы знали, что продолжительность светового дня меняется в течение года. Табличка 649 г. до н.э. показывает, что они использовали соотношение 2:1 для самого длинного дня к самому короткому и оценивали изменение с помощью линейной зигзагообразной функции. [19] Неясно, знали ли они об изменении продолжительности солнечного дня и соответствующем уравнении времени . Птолемей четко различает средний солнечный день и видимый солнечный день в своем «Альмагесте» (II век), а уравнение времени он составил в своих «Удобных таблицах ». [20]

Видимое солнечное время становилось менее полезным по мере роста торговли и совершенствования механических часов. Среднее солнечное время было введено в альманахи в Англии в 1834 году и во Франции в 1835 году. Поскольку солнце было трудно наблюдать непосредственно из-за его большого размера на небе, среднее солнечное время определялось как фиксированное соотношение времени, наблюдаемого звездами. , в котором использовались точечные наблюдения. Особый стандарт измерения «среднего солнечного времени» от полуночи стал называться Универсальным временем. [11] : 9–11 

Концептуально Всемирное время — это вращение Земли относительно Солнца и, следовательно, среднее солнечное время. Однако UT1, версия, широко используемая с 1955 года, использует немного другое определение вращения, которое корректирует движение полюсов Земли при ее вращении. Разница между этим скорректированным средним солнечным временем и всемирным координированным временем (UTC) определяет, нужна ли дополнительная секунда . (С 1972 года шкала времени UTC использовалась в секундах СИ , и секунда СИ, когда она была принята, уже была немного короче текущего значения секунды среднего солнечного времени. [21] [11] : 227–231  ).

Смотрите также

Примечания

  1. ^ «Кажущееся» обычно используется в англоязычных источниках, но «истинное» используется во французской астрономической литературе и стало почти таким же распространенным в английских источниках. Видеть:
    • Винс, Сэмюэл (1797). Полная система астрономии, том 1. Издательство Кембриджского университета. п. 44. То, что мы называем кажущимся временем, французы называют истинным.
    • «Comprendre - Concepts Fondamentaux - Echelles de Temps». Бюро долгот (на французском языке). 23 ноября 2009 г. Архивировано из оригинала 23 ноября 2009 г. temps vrai [true time]
    • Эллисон, Майкл; Шмунк, Роберт (30 июня 2015 г.). «Технические примечания к солнечному времени Марса, принятому солнечными часами Mars24». Годдардский институт космических исследований . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Архивировано из оригинала 25 сентября 2015 года . Проверено 8 октября 2015 г. угол солнечного часа или истинное солнечное время (TST)

Рекомендации

  1. ^ О трех видах времени см. (например) пояснительный раздел в альманахе Connaissance des Temps за 1902 год, стр. 759. Архивировано 10 августа 2011 года в Wayback Machine .
  2. ^ "Солнечное время, среднее" . Глоссарий, Онлайн-астрономический альманах . Морской альманах Ее Величества и Военно-морская обсерватория США . 2021.
  3. ^ «Високосные секунды». Департамент службы времени, Военно-морская обсерватория США . 1999. Архивировано из оригинала 12 марта 2015 года.
  4. ↑ Татум, Дж. Б. (27 марта 2022 г.). «Небесная механика. Глава 6» (PDF) . Университет Виктории . Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2015 г.
  5. ^ "Солнечное время, очевидное" . Глоссарий, Онлайн-астрономический альманах . Морской альманах Ее Величества и Военно-морская обсерватория США . 2021.
  6. ^ Яллоп, Б.Д.; Хоэнкер, Калифорния (август 1989 г.). «Астрономический информационный лист № 58» (PDF) . Управление морского альманаха Ее Величества . Схема расположения Солнца.
  7. ^ Эллисон, Майкл; Шмунк, Роберт (30 июня 2015 г.). «Технические примечания к солнечному времени Марса, принятому солнечными часами Mars24». Годдардский институт космических исследований . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Архивировано из оригинала 25 сентября 2015 года . Проверено 8 октября 2015 г.
  8. ^ Эллисон, Майкл; МакИвен, Меган (2000). «Оценка ареоцентрических солнечных координат после Pathfinder с улучшенными рецептами времени для исследований сезонного / суточного климата Марса». Планетарная и космическая наука . 48 (2–3): 215. Бибкод : 2000P&SS...48..215A. дои : 10.1016/S0032-0633(99)00092-6. hdl : 2060/20000097895 . S2CID  123014765. Архивировано из оригинала 23 июня 2015 года.
  9. ^ ab Джин Миус (1997), Кусочки математической астрономии (Ричмонд, Вирджиния: Willmann-Bell) 346. ISBN 0-943396-51-4 . 
  10. ^ Хилтон, Джеймс Л; Маккарти, Деннис Д. (2013). «Прецессия, нутация, движение полюсов и вращение Земли». В Урбане Шон Э.; Зайдельманн, П. Кеннет (ред.). Объяснительное приложение к Астрономическому альманаху (3-е изд.). Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 978-1-891389-85-6.
  11. ^ abc Маккарти, Д.Д .; Зайдельманн, ПК (2009). ВРЕМЯ От вращения Земли до атомной физики . Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGa . ISBN 978-3-527-40780-4.
  12. ^ Капитан, Н .; Уоллес, ПТ; Маккарти, Д.Д. (2003). «Выражения для реализации определения UT1 согласно IAU 2000». Астрономия и астрофизика . 406 (3): 1135–1149. Бибкод : 2003A&A...406.1135C. дои : 10.1051/0004-6361:20030817 . S2CID  54008769.(или в формате pdf); а некоторые более ранние определения UT1 см. в Aoki, S.; Гино, Б.; Каплан, Г.Х.; Киносита, Х.; Маккарти, Д.Д.; Зайдельманн, ПК (1982). «Новое определение всемирного времени». Астрономия и астрофизика . 105 (2): 359–361. Бибкод : 1982A&A...105..359A.
  13. ^ Обсуждение небольших изменений, влияющих на средний солнечный день, см. в статье ΔT .
  14. ^ Риччи, Пьерпаоло. «Продолжительность истинного солнечного дня». pierpaoloricci.it . Архивировано из оригинала 26 августа 2009 года.
  15. ^ Меус, Дж. (1998). Астрономические алгоритмы. 2-е изд. Ричмонд, Вирджиния: Уиллманн-Белл. п. 183.
  16. ^ «Прогулка во времени - Ранние часы». Прогулка во времени: эволюция измерения времени на протяжении веков . Национальный институт стандартов и технологий . 12 августа 2009 г.
  17. ^ Ли, Гэн (2015). «Гномоны в Древнем Китае». В Рагглсе, К. (ред.). Справочник по археоастрономии и этноастрономии . стр. 2095–2104. Бибкод : 2015hae..book.2095L. дои : 10.1007/978-1-4614-6141-8_219. ISBN 978-1-4614-6140-1.
  18. ^ Водолажская, Л.Н. (2014). «Реконструкция древнеегипетских солнечных часов» (PDF) . Археоастрономия и древние технологии . 2 (2): 1–18. arXiv : 1408.0987 .
  19. ^ Пингри, Дэвид; Райнер, Эрика (1974). «Неовавилонский отчет о сезонных часах». Архив для ориентирования . 25 :50–55. ISSN  0066-6440. JSTOR  41636303.
  20. ^ Нойгебауэр, Отто (1975), История древней математической астрономии , Нью-Йорк / Гейдельберг / Берлин: Springer-Verlag, стр. 984–986, ISBN 978-0-387-06995-1
  21. ^ :(1) В «Физической основе дополнительной секунды» Д.Д. Маккарти, К. Хэкмана и Р.А. Нельсона в Astronomical Journal, том 136 (2008), страницы 1906–1908, утверждается (стр. 1908), что «секунда SI эквивалентна более старой мере секунды UT1, которая была слишком маленькой для начала, и в дальнейшем, по мере увеличения продолжительности секунды UT1, несоответствие 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. «Временные шкалы», Л. Эссен. Архивировано 19 октября 2008 года, в Wayback Machine , в Metrologia, т.4 (1968), стр.161-165, на стр.162. Как известно, для секунды СИ была выбрана цифра 9192631770 . Л. Эссен в той же статье 1968 года (стр. 162) заявил, что это «казалось разумным с учетом изменений в UT2».

Внешние ссылки