Звездное и солнечное время. Что значит "звёздные сутки" Равна ли продолжительность солнечных и звездных суток
Время - важнейшая философская, научная и практическая категория. Выбор способа измерения времени интересовал человека с древнейших времен, когда практическая жизнь стала связываться с периодами обращения солнца и луны. Несмотря на то что первые часы — солнечные — появились за три с половиной тысячелетия до нашей эры, эта проблема остаётся достаточно сложной. Часто ответить на самый простой вопрос, с ней связанный, например "сколько в сутках часов", бывает не так просто.
История времяисчисления
Чередование светлого и темного времени суток, периодов сна и бодрствования, работы и отдыха стало означать для людей ход времени ещё в первобытные времена. Ежедневно солнце двигалось по небосклону днем, от восхода до заката, а луна - ночью. Логично, что период между одинаковыми фазами движения светил стал единицей времяисчисления. День и ночь постепенно сложились в сутки — понятие, определяющее смену даты. На их основе появились более краткие единицы времени - часы, минуты и секунды.
Впервые определять, сколько в сутках часов, стали в античные времена. Развитие познаний в астрономии привело к тому, что день и ночь стали делить на равные периоды, связанные с восходом к небесному экватору определенных созвездий. А шестидесятеричную систему счисления греки переняли от древних шумеров, которые считали её наиболее практичной.
Почему именно 60 минут и 24 часа?
Чтобы сосчитать что-либо, древний человек использовал то, что обычно всегда под рукой - пальцы. Отсюда берет начало десятеричная система счисления, принятая в большинстве стран. Другой способ, основанный на фалангах четырех пальцев раскрытой ладони левой руки, достиг расцвета в Египте и Вавилоне. В культуре и науке шумеров и других народов Междуречья священным стало число 60. Во многих случаях делить его без остатка позволяло наличие множество делителей, одним из которых является 12.
Математическое понятие того, сколько в сутках часов, берет начало в Древней Греции. Греки одно время учитывали в календаре только светлое время дня и разделили время от восхода до заката на двенадцать одинаковых интервалов. Затем они так же поступили с ночным временем, в результате получили 24-частное деление суток. Греческие ученые знали, что долгота дня в течение года меняется, поэтому долгое время существовали дневные и ночные часы, которые были одинаковы только в дни равноденствия.
От шумеров греки восприняли и деление окружности на 360 градусов, на основе которого была разработана система географических координат и деление часа на минуты (minuta prima (лат.) - "уменьшенная первая часть" (часа)) и секунды (secunda divisio (лат.) - "второе деление" (часа)).
Солнечные сутки
Смысл суток относительно взаимодействия небесных объектов - это отрезок времени, за который Земля делает полный оборот вокруг оси вращения. Учеными-астрономами принято делать несколько уточнений. Они выделяют солнечные сутки - начало и окончание оборота считается по нахождению Солнца в одной и той же точке небесной сферы - и разделяют их на истинные и средние.
Сказать с точностью до секунды, сколько часов в сутках, которые называются истинными солнечными, без уточнения конкретной даты невозможно. В течение года их продолжительность периодически меняется на почти минуту. Это происходит из-за неравномерности и сложной траектории движения светила по небесной сфере - ось вращения планеты имеет наклон около 23 градусов относительно плоскости небесного экватора.
Более-менее точно можно сказать, сколько часов и минут в сутках, которые специалистами именуются как средние солнечные. Это и есть привычные, используемые в повседневной жизни календарные отрезки времени, определяющие конкретную дату. Считается, что их продолжительность постоянна, что в них ровно 24 часа, или 1440 минут, или 86 400 секунд. Но и это утверждение условно. Известно, что скорость вращения Земли уменьшается (сутки удлиняются за сто лет на 0,0017 секунды). На интенсивность вращения планеты влияют сложные гравитационные космические взаимодействия и спонтанные геологические процессы внутри неё.
Звездные сутки
Современные требования к расчетам в космической баллистике, навигации и т. п. таковы, что вопрос о том, сколько часов длятся сутки, требует решения с точностью до наносекунд. Для этого выбираются более стабильные точки отсчета, чем близлежащие небесные тела. Если рассчитывать полный оборот земного шара, взяв за исходный момент его положение относительно точки весеннего равноденствия, можно получить длительность суток, называемых звездными.
Современная наука точно устанавливает, сколько часов в сутках, носящих красивое наименование звездных, — 23 ч 56 мин 4 с. При этом в некоторых случаях их длительность еще более уточняется: истинное количество секунд - 4,0905308333. Но и этот масштаб уточнений бывает недостаточным: на постоянство точки отсчета влияет неравномерность орбитального движения планеты. Чтобы исключить этот фактор, выбирается особое, эфемеридное начало координат, связанное с внегалактическими радиоисточниками.
Время и календарь
Окончательный вариант определения того, сколько в сутках часов, близкий к современному, был принят в Древнем Риме, с введением юлианского календаря. В отличие от древнегреческой системы времяисчисления сутки делились на 24 равных интервала, вне зависимости от времени суток и времени года.
В разных культурах применяются свои календари, имеющие точкой отсчета специфические события чаще всего религиозного характера. Но продолжительность средних солнечных суток на всей Земле одинакова.
Звёздные су́тки - период вращения какого-либо небесного тела вокруг собственной оси в инерциальной системе отсчёта , за которую обычно принимается система отсчёта, связанная с удалёнными звёздами. Для Земли это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам.
На 2000-й год звёздные сутки на Земле равны 23 ч 56 мин 4,090530833 сек = 86164,090530833 с.
Звёздные сутки делятся на звёздные часы, минуты и секунды. Звёздные сутки на 3 мин 56 с. короче средних солнечных суток , звёздный час короче общепринятого на 9.86 с. Как единица времени употребляются в редких случаях при организации астрономических наблюдений.
Часовой угол точки весеннего равноденствия равен нулю в момент её верхней кульминации. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы (так называемые звёздные сутки, или «24 часа звёздного времени») происходит за 23 час 56 мин 04 сек. среднего солнечного времени. В году содержится звёздных суток ровно на один больше, чем средних солнечных. Продолжительность звёздных суток слегка меняется вследствие нутации и движения полюсов (то есть покачивания Земли относительно её оси вращения), а также из-за неравномерности вращения Земли вокруг оси. Эти изменения составляют менее 0.001 с.
Можно выделить более мелкие периоды звёздных суток:
- Звёздный час астрономии и равная 1/24 от звёздных суток. За звёздный час Земля поворачивается на 15° относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздный час равен 0 ч 59 мин 50,1704387847 сек.
- Звёздная минута - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздного часа. За звёздную минуту Земля поворачивается на 15′ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздная минута равна 0 ч 0 мин 59,8361739797451 сек.
- Звёздная секунда - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздной минуты. За звёздную секунду Земля поворачивается на 15″ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздная секунда равна 0 ч 0 мин 0,9972695663290856 сек.
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
✪ Проблемы високосного года и звездных суток
✪ Подробнее о времени
✪ Дискуссия о проблемах високосного дня, звездных суток, лунных циклов, маятника Фуко
Субтитры
Угловая скорость вращения Земли
Поскольку Земля относительно далёких звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта , делает полный оборот за звёздные, а не за солнечные сутки, то при вычислении
Направление движения и скорости вращения
Вращение Земли происходит с запада на восток. При наблюдении с Полярной звезды или северного полюса эклиптики, вращение Земли происходит против часовой стрелки.
В соответствии со вторым законом Кеплера, орбитальная скорость обратно пропорциональна радиус-вектору. Поэтому скорость движения Земли по орбите также не постоянна, а изменяется от 29,5 км/с в афелии (июль) до 30,3 км/с в перигелии (январь). Соответственно, и расстояние от осеннего до весеннего равноденствия на орбите Земля проходит быстрее, чем противоположную, летнюю часть, а весна и лето в Северном полушарии на 6 суток продолжительнее осени и зимы.
Угловая скорость вращения Земли: Поскольку Земля относительно далёких звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта, делает полный оборот за звёздные, а не за солнечные сутки, то при вычислении угловой скорости вращения Земли следует брать именно эту величину:
Знать угловую скорость вращения Земли бывает необходимо при расчёте сил инерции (центробежной, Кориолиса), что требуется при решении задач гидрологии, метеорологии, баллистики, а также космонавтики. Приняв период вращения земли за 86400 секунд, мы сделали бы ошибку в 0,3%, что могло бы стать решающим при ведении артиллерийской стрельбы.
Солнечные и звёздные сутки
Вся наша жизнь связана со временем и в конечном итоге регулируется периодической сменой дня и ночи, а также времен года. На этих природных повторяющихся базируются основные единицы измерения времени - сутки, месяц, год. Основная величина для измерения времени связана с периодом полного обращения земного шара вокруг своей оси.
Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а нижней - истинной полночью. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра Солнца называется истинными солнечными сутками.
Рис.5. Объяснение причин изменения длительности истинных солнечных суток
Необходимо отметить, что истинные солнечные сутки периодически меняют свою продолжительность. Это вызывается двумя причинами: во-первых, наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, во-вторых, эллиптической формой орбиты Земли. Когда Земля находится на участке эллипса, расположенном ближе к Солнцу (на рис.5 это положение показано слева), то она движется быстрее. Через полгода Земля окажется в противоположной части эллипса и будет перемещаться по орбите медленнее. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое перемещение по небесной сфере Солнца, т. е. в разное время года Солнце перемещается с различной скоростью. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток постоянно меняется.
В результате к продолжительности истинных солнечных суток добавляется синусоидальный член с амплитудой 9,8 мин. и периодом в полгода. Есть и другие периодические эффекты, вносящие вклад в длину истинных солнечных суток и зависящие от времени, но они невелики (возмущения от Луны и планет и т. д.).
Вследствие неравномерности истинных солнечных суток пользоваться ими в качестве единицы для измерения времени неудобно. По этой причине в повседневной жизни используются не истинные, а средние солнечные сутки, продолжительность которых принята постоянной.
Что такое средние солнечные сутки? Вообразим точку, которая в течение года совершает один полный оборот вокруг Земли за такое же время, как и Солнце, но при этом перемещается равномерно и по небесному экватору, а не по эклиптике. Назовем такую воображаемую точку средним Солнцем. Верхнюю кульминацию среднего Солнца называют средним полднем, а промежуток времени между двумя последовательными средними полднями - средними солнечными сутками. Продолжительность их всегда одинакова. Средние солнечные сутки делят на 24 часа. Каждый час среднего солнечного времени в свою очередь делится на 60 минут, а каждая минута - на 60 секунд среднего солнечного времени. За начало средних солнечных суток принимается средняя полночь, т. е. момент нижней кульминации воображаемой точки небесной сферы, называемой средним Солнцем. Время, протекшее от момента нижней кульминации среднего экваториального Солнца до любого другого его положения на одном и том же географическом меридиане, называется средним солнечным временем (Т ср).
Разность между средним солнечным временем и истинным солнечным временем в один и тот же момент называется уравнением времени. Оно обозначается греческой буквой n. Тогда можно записать следующее равенство:
n = Тср - Т0
Величина уравнения времени n обычно приводится в астрономических календарях и ежегодниках. Приблизительно ее можно найти по графику (рис.6), из которого также видно, что четыре раза в год уравнение времени n равно нулю. Это происходит примерно 14 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. Уравнение времени n принимает наибольшие численные значения около 12 февраля (n = +14 мин) и 3 ноября (n = -16 мин).
Рис.6
Звёздные сутки - период вращения какого-либо небесного тела относительно звёзд вокруг собственной оси.
Звёздные сутки - промежуток времени, за который Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам. На 2000-й год равны 23ч56мин4,090530833сек = 86164,090530833 с.
Звёздные сутки делятся на звёздные часы, минуты и секунды. Звёздные сутки на 3 мин 56 с. короче средних солнечных суток, звёздный час короче общепринятого на 9.86 с. Как единица времени употребляются в редких случаях при организации астрономических наблюдений.
Часовой угол точки весеннего равноденствия равен нулю в момент её верхней кульминации. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы (так называемые звёздные сутки, или «24 часа звёздного времени») происходит за 23 час 56 мин 04 сек. среднего солнечного времени. В году содержится звёздных суток ровно на одни больше, чем средних солнечных. Продолжительность звёздных суток слегка меняется вследствие нутации и движения полюсов (т.е. покачивания Земли относительно её оси вращения), а также из-за неравномерности вращения Земли вокруг оси. Эти изменения составляют менее 0.001 с.
На наблюдениях суточного вращения небесного свода и годичного движения Солнца, т.е. на вращении Земли вокруг оси и на обращении Земли вокруг Солнца, основано измерение времени.
Вращение Земли вокруг оси происходит почти равномерно, с периодом, равным периоду вращения небесного свода, который достаточно точно может быть определен из наблюдений. Поэтому по углу поворота Земли от некоторого начального положения можно судить о протекшем времени. За начальное положение Земли принимается момент прохождения плоскости земного меридиана места наблюдения через избранную точку на небе, или, что одно и то же, момент верхней (или нижней) кульминации этой точки на данном меридиане.
Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются: а) точка весеннего равноденствия; б) центр видимого диска Солнца (истинное Солнце); в) «среднее солнце» - фиктивная точка , положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.
Определяемые этими точками три различные единицы времени называются соответственно звездными, истинными солнечными и средними солнечными сутками , а время, ими измеряемое, - звездным, истинным солнечным и средним солнечным временем .
Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия.
3.2. Звездные сутки. Звездное время
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звездными сутками.
За начало звездных суток на данном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Угол, на который Земля повернется от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до какого-нибудь другого момента, равен часовому углу точки весеннего равноденствия в этот момент. Следовательно, звездное время s на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу точки весеннего равноденствия t , выраженному в часовой мере, т.е.
s = t 
.
(1.14)
Точка весеннего
равноденствия на небе ничем не отмечена.
Непосредственно измерить ее часовой
угол или заметить момент прохождения
ее через меридиан нельзя. Поэтому
практически для установления начала
звездных суток или звездного времени
в какой-либо момент надо измерить часовой
угол t какого-либо светила М, прямое
восхождение которого
известно (рис. 12).
Тогда, поскольку
t = Qm
=
m,
а часовой угол точки весеннего
равноденствия t 
= Q
и, по определению, равен звездному
времени s,
s = t 
=
+t,
(1.15)
т.е. звездное время в любой момент равно прямому восхождению какого-либо светила плюс его часовой угол.
В момент верхней кульминации светила его часовой угол t = 0, и тогда
s =
.
(1.16)
В момент нижней кульминации светила его часовой угол t = 12h, и звездное время
s =
+12h.
(1.17)
Измерение времени
звездными сутками и их долями наиболее
просто и поэтому весьма выгодно при
решении многих астрономических задач.
Но в повседневной жизни пользоваться
звездным временем крайне неудобно.
Повседневный распорядок жизни человека
связан с видимым положением Солнца над
горизонтом, с его восходом, кульминацией
и заходом, а не с положением фиктивной
точки весеннего равноденствия. А так
как взаимное расположение Солнца и
точки весеннего равноденствия в течение
года непрерывно меняется, то, например,
верхняя кульминация Солнца (полдень) в
разные дни года происходит в разные
моменты звездных суток. Действительно,
только раз в году, когда Солнце проходит
через точку весеннего равноденствия,
т.е. когда его прямое восхождение
= 0h, оно будет кульминировать вместе с
точкой весеннего равноденствия в
полдень, в 0h звездного времени. Через
одни звездные сутки точка весеннего
равноденствия снова будет находиться
в верхней кульминации, а Солнце придет
на меридиан приблизительно лишь через
4 минуты, так как за одни звездные сутки
оно сместится к востоку относительно
точки весеннего равноденствия почти
на 1°, и его прямое восхождение будет
уже равно
=0h4m.
Еще через одни звездные сутки прямое
восхождение Солнца снова увеличится
на 4m, т.е. полдень наступит уже приблизительно
в 0h8m по звездному времени и т.д. Таким
образом, звездное время кульминации
Солнца непрерывно растет, и полдень
наступает в различные моменты звездных
суток. Неудобство совершенно очевидное.
Звёздные сутки
промежуток времени, равный периоду вращения Земли вокруг оси относительно звёзд (точнее, относительно весеннего равноденствия точки). З. с. равны 24 ч звёздного времени, или 23 ч 56 мин 4,091 сек среднего солнечного времени.
Википедия
Звёздные сутки
Звёздные су́тки - период вращения какого-либо небесного тела вокруг собственной оси в инерциальной системе отсчёта, за которую обычно принимается система отсчёта, связанная с удалёнными звёздами. Для Земли это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам.
На 2000-й год звёздные сутки на Земле равны 23564,090530833 = 86164,090530833 с.
Звёздные сутки делятся на звёздные часы, минуты и секунды. Звёздные сутки на 3 мин 56 с. короче средних солнечных суток, звёздный час короче общепринятого на 9.86 с. Как единица времени употребляются в редких случаях при организации астрономических наблюдений.
Часовой угол точки весеннего равноденствия равен нулю в момент её верхней кульминации. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы (так называемые звёздные сутки, или «24 часа звёздного времени») происходит за 23 час 56 мин 04 сек. среднего солнечного времени. В году содержится звёздных суток ровно на один больше, чем средних солнечных. Продолжительность звёздных суток слегка меняется вследствие нутации и движения полюсов, а также из-за неравномерности вращения Земли вокруг оси. Эти изменения составляют менее 0.001 с.
Можно выделить более мелкие периоды звёздных суток:
- Звёздный час - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/24 от звёздных суток. За звёздный час Земля поворачивается на 15° относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта. На 2000 год звёздный час равен 05950,1704387847.
- Звёздная минута - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздного часа. За звёздную минуту Земля поворачивается на 15′ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта. На 2000 год звёздная минута равна 0059,8361739797451.
- Звёздная секунда - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздной минуты. За звёздную секунду Земля поворачивается на 15″ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта. На 2000 год звёздная секунда равна 000,9972695663290856.
