МІНІСТЕРСТВО НАУКИ І ОСВІТИ УКРАЇНИ

МОРЕХІДНИЙ КОЛЕДЖ ТЕХНІЧНОГО ФЛОТУ

ОДЕСЬКОЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ МОРСЬКОЇ АКАДЕМІЇ

Конспект лекцій

з дисципліни «Морехідна астрономія»

напрям підготовки 070104 «Морський та річковий транспорт»

(шифр і назва напряму підготовки)

спеціальність 6.070104 «Морський та річковий транспорт»

(шифр і назва спеціальності)

спеціалізація .

(назва спеціалізації)

відділення «Судноводіння» .

(назва відділення)

Розглянуто на засіданні циклової комісії

відділення «Судноводіння на морських шляхах»

Протокол № від « » 2015 р.

Голова циклової комісії

___________________М. А. Котолуп

План – конспект темы № 1 «Время и его измерение»

1.Понятие о времени и способах его измерения.

2.Звездное время.

3.Солнечное и среднесолнечное время.

4.Время, используемое в повседневной деятельности.

Понятие о времени и способах его измерения.

Для измерения любой физической величины, прежде всего, необходимо выбрать единицы измерения, удобные для практического применения и обязательно постоянные.

С древности в качестве основной единицы времени был принят период одного оборота Земли вокруг своей оси или отражающий его оборот небесной сферы, т. е. сутки. Этот период практически постоянен (незначительные изменения периода вращения Земли, открытые сравнительно недавно, в мореходной астрономии не учитываются).

Установив единицу измерения времени, надо выбрать начальный (нулевой) момент измерения и какую-либо точку на сфере, по движению которой и можно было бы производить отсчет временных промежутков. Для этого в астрономии используют суточное движение точки весеннего равноденствия или Солнца. По движению точки Овна измеряется звездное время, по движению Солнца — солнечное.

Для начала отсчета единицы времени суток удобно выбрать момент пересечения точкой Овна или Солнцем плоскости меридиана наблюдателя, так как эта плоскость совпадает с географическим меридианом, положение которого на Земле определяется долготой наблюдателя. Поэтому время в каждой системе зависит и от того, какой меридиан выбран за начальный: гринвичский, местный или какой-либо другой.

Звездное время.

Один оборот Земли вокруг своей оси или один оборот небесной сферы вокруг оси Мира можно отметить по законченному суточному движению какой-нибудь звезды. Более удобно в астрономии применять для этого точку весеннего равноденствия Υ, которая занимает на сфере вполне определенное положение и участвует в суточном движении, как и все светила.

Звездные сутки — это промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия на данном меридиане наблюдателя.

Звездные сутки делятся на более мелкие единицы: звездные часы, минуты и секунды.

Звездным временем (S) называют количество звездных единиц, прошедших от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до данного момента.

Звездное время может измеряться во временных или дуговых единицах.

Для измерения больших промежутков времени в повседневной жизни звездное время не применяется, т.к. не имеет календарной даты.

Вследствие равномерности вращения небесной сферы промежуток времени, прошедший с момента верхней кульминации точки Овна и выраженный величиной S, численно равен W-му часовому углу точки Овна в градусных единицах.

Следовательно, существует зависимость

S=t^Υ_w

Отсюда появляется возможность выражения временных промежутков, как в часах, так и в градусах. Для перехода от градусов к часам и обратно служат соотношения:

24^ч=360°; 1ч=15°; 1^м=15'; 1^с=15" или 0,25';

360° = 24^ч; 1° = 4^М.

Подобный переход от одной меры к другой необходим при решении астрономических задач. Поэтому в МАЕ и в МТ—75 имеются таблицы для облегчения этого перевода с точностью до десятых долей дуговой минуты (0,1¹) или до одной временной секунды (1^с),

В один и тот же момент звездное время S равно W-му часовому углу любого светила плюс его прямое восхождение α и называется основной формулой времени.

S=t_w+α

Оно связывает координаты светил со временем, позволяет переходить от звездного времени к солнечному и решать другие важные задачи. В мореходной астрономии эту формулу часто применяют для расчета часовых углов звезд:

t_w^*=S-α^*

Чтобы упростить расчеты, заменим вычитание более удобным сложением, прибавив к правой части равенства 360°, что равнозначно 0°:

t_w^*=S+360°-α^*

Обозначив 360°-—α*=τ*, получим окончательно:

t_w^*=S+τ^*

При решении задач на основную формулу времени можно свободно прибавлять к любой части равенства или отнимать от нее 360° (24^ч), поскольку это равнозначно 0° (0^Ч). В процессе решения подобных задач довольно часто приходится переходить от градусных единиц к часовым и обратно.

Солнечное и среднесолнечное время.

Повседневная жизнь людей нашей планеты организована по Солнцу в зависимости от светлого и темного периода суток. Уже по этой причине звездное время неудобно. Кроме того, вследствие годового движения Солнца, которое отстает ежесуточно от точки Υ на 1° или 4^м, начало звездных суток в течение года приходится на различные моменты дня и ночи. Так, 21 марта начало звездных суток будет в середине дня, 22 июня — утром, 23 сентября — ночью, 22 декабря — вечером. Применять в повседневной жизни такую систему измерения времени нельзя. Поэтому звездное время употребляется только в теоретических выводах и в расчетных задачах мореходной астрономии.

Более целесообразно принять за единицу времени промежуток между двумя последовательными кульминациями центра Солнца, который получил название солнечных (истинных) суток. Эти сутки длиннее звездных примерно на 4^м. Однако изменение прямого восхождения Солнца неодинаково в течение года, т. е. и продолжительность солнечных суток также не одинакова. Разность между самыми длинными и самыми короткими солнечными сутками достигает 51^с или почти 1^м. Применять за единицу счета точного времени переменную величину нельзя, поэтому солнечные (истинные) сутки не используются, и не существует системы измерения времени, основанной на движении истинного Солнца. Это обусловлено высокими требованиями к точности отсчетов времени при современном развитии науки, техники и экономики. Создать же приборы, которые бы изменяли свой ход в зависимости от изменения продолжительности солнечных суток, очень трудно.

Истинное Солнце нельзя «заставить» двигаться по эклиптике с постоянной скоростью. Чтобы получить постоянную единицу времени, необходимо заменить Солнце точкой сферы, имеющей равномерное годовое движение. Для этого была установлена особая фиктивная точка небесной сферы — среднее Солнце, которое заменяет истинное Солнце при измерении времени.

Представим себе, что Солнце движется по эклиптике со скоростью, равной средней за год скорости истинного Солнца. Как показали расчеты, такая точка не будет далеко удаляться от истинного Солнца. Однако вследствие наклона эклиптики к экватору на угол 23,5°суточное изменение Δα все равно будет неодинаковым, т. е. и тогда солнечные сутки окажутся непостоянными по величине. Поэтому установили, что собственное движение среднего Солнца происходит не по эклиптике, а по экватору в ту же сторону, что и движение истинного Солнца. Таким образом, среднее Солнце имеет следующие особенности:

- участвует в суточном движении вместе с небесной сферой;

- имеет собственное годовое движение по экватору, направленное против суточного;

- суточное его перемещение по экватору постоянно и равно среднему за год перемещению проекции истинного Солнца на экватор; эта величина равна З^м56^с, т. е. около 1°;

- меридианы среднего и истинного Солнца располагаются недалеко один от другого, поэтому кульминации истинного и среднего Солнца практически мало отличаются по времени.

С учетом указанных особенностей можно дать определение исходной постоянной единицы этой системы.

Средние сутки — это промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца. Так как за начало средних суток принимается момент нижней кульминации среднего Солнца, смена даты происходит ночью, что более удобно в повседневной жизни.

Средним, или гражданским, временем Т называют количество средних часов, минут и секунд, прошедших от момента нижней кульминации среднего Солнца до данного момента.

Среднему времени обязательно приписывается календарная дата в отличие от звездного времени, которое даты не имеет.

T=t_ʘ±12^ч

t_ʘ=T±180°

Знаки ± выбирают с таким расчетом, чтобы результат получить не более 24^ч(360°).

Среднее время в отличие от звездного выражается только в часовых единицах.

Среднее время является основным в повседневной жизни, науке и технике, а также широко применяется в мореходной астрономии. Все используемые на флоте инструменты для измерения времени показывают средние часы, минуты и секунды.

Время, используемое в повседневной деятельности.

Начало суток берется от моментов кульминации точки Овна или среднего Солнца, т. е. от пересечения ими меридиана наблюдателя. Однако плоскость небесного меридиана наблюдателя параллельна географическому меридиану на Земле или является его продолжением. Поэтому как звездные, так и средние сутки для наблюдателей, имеющих различные долготы, начинаются в разные моменты. Это говорит о том, что на разных меридианах время в один и тот же момент разное и что между временами для наблюдателей, расположенных в различных долготах, существует определенная зависимость.

Время нулевого меридиана называется гринвичским звездным или средним временем (S_гр или Т_гр). Среднее гринвичское время иногда называют иначе — всемирное время.

Время, считаемое на данном географическом меридиане, называется местным временем и обозначается S_м или Т_м.

S_м= S_гр ±λ^E_w

Т_м= Т_гр ± λ^E_w

t_м= t_гр ± λ^E_w (часовые углы в этих только W-е)

Пользоваться в повседневной жизни средним местным временем очень неудобно, так как на любом движущемся к востоку объекте (судно, поезд, самолет) надо было бы непрерывно переводить стрелки часов вперед, а при движении к западу — назад. По этой причине еще в далеком прошлом делались попытки устанавливать для определенных районов или государств единый счет времени, принимая за основу местное время какого-либо меридиана. В частности, на всей территории Англии употреблялось время Гринвича, все часы во Франции показывали местное время Парижского меридиана и т. п.

Такой метод, однако, неудобен для государств, имеющих значительную протяженность территории по долготе. Поэтому с 1884 г. стала внедряться система счета времени по поясам.

Вся Земля разделена на 24 часовых пояса, по 15° (1^ч) долготы в каждом, причем 12 поясов имеют наименование Е и 12 — W. Меридианы 0°,15°, 30°, 45° и далее через 15° (до 180°) являются центральными для каждого пояса, меридианы с долготами 7°30', 22°30' и далее, кратные 7°30', — это границы поясов.

Местное среднее время центрального меридиана пояса принимается действующим на всей территории пояса и называется поясным временем Т_п.

Пояс с центральным меридианом Гринвича считается начальным, или нулевым, и от него идет нумерация поясов к Е или W до двенадцатого пояса включительно.

Для определения номера пояса, в котором находится данный пункт или судно, надо его долготу разделить на 15°. Частное от деления дает номер пояса, а если в остатке получается больше 7°30', то рассчитанный таким путем номер пояса увеличивается на единицу. В расчетах номер пояса принято обозначать арабскими цифрами: 2Е, 3W и т. д.

№=

Свойства поясного времени:

- поясное время в соседних поясах отличается ровно на 1^ч; разница поясного времени в любых двух часовых поясах равна разности их номеров;

- поясное время любого пояса отличается от гринвичского, т. е. от времени нулевого пояса, на величину номера пояса:

Т_п=Т_гр±№^E_w

Некоторые поясные времена имеют собственные названия. Так, большинство стран Западной Европы живут по времени первого восточного пояса, хотя и расположены полностью или частично в нулевом или втором поясах. Это время называется среднеевропей­ским.

С целью перенесения рабочего времени на более освещенные ранние часы суток и лучшего перераспределения электроэнергии между бытовыми и промышленными предприятиями в некоторых странах на летний период часы переводятся на 1^ч вперед или назад и такое время называется летним или зимним, а в общем декретным (Т_д).

Судовым временем Т_с называют время того часового пояса, по которому фактически поставлены судовые часы в данный момент.

Обычно часы на судне устанавливают по поясному или декретному времени. Однако надо учитывать, что Т_с может не совпадать с рассчитанным по долготе Т_п. Так бывает, если часы еще не переведены на время того пояса, в который перешло судно. Как правило, судовое время Т_с учитывается с точностью до I^м,, но в некоторых случаях (быстрые маневры и смена ходов, аварийная ситуация и т. п.) записи Т_с в вахтенном журнале должны делаться с большей точностью.

Т_гр=Т_м±λ^w_E

Т_п =Т_гр±№^E_w

Т_с =Т_гр±№^E_w

или

Т_м = Т_гр±λ^E_w

Т_гр= Т_п ±№^w_E

Т_гр= Т_с ±№^w_E

Морские суда при плавании часто пересекают границы часовых поясов. Для того чтобы судовое время не отличалось от времени того пояса, в который перешло судно, надо переводить стрелки часов на 1^Ч вперед при Е-х курсах от 0° до 180° или назад при W-x курсах от 180 до 360°. Это делается по распоряжению капитана, о чем заблаговременно предупреждается по трансляции экипаж.

Перестановку часов удобнее делать в ночные вахты и обязательно сразу на 1^ч. Если судну предстоит пересечь несколько границ поясов, то перевод часов лучше делать поочередно на всех ночных вахтах (20.00—24.00, 0.00—04.00 и 04.00—08.00 и снова 20.00—24.00 и т. д.). При пересечении первых двух поясов, если предполагается обратное плавание судна, часы переводят на какой-либо определенной вахте — обычно на вахте 20.00—24.00. При длительной стоянке в порту устанавливается время, принятое в данном пункте.

Все случаи перевода судовых часов обязательно отмечают в вахтенном журнале с указанием времени перевода, отсчета лага и координат на момент перевода стрелок.