Лекции Федосеевой Н.В. космическая метеорология / Измерение времени
.pdf
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ
Н.В. Федосеева
Существует два общепринятых способа измерения времени: относительно вращения земли, и относительно явлений, которые имеют постоянный период.
Первый метод не является абсолютно точным из-за изменений в скорости земного вращения, но является полезным для астрономических целей. Солнечное и звездное (сидерическое) время относятся к этой категории.
Второй метод использует явления с постоянным периодом такие как вибрация определенных материалов. Маятниковые, кварцевые и атомные часы относятся к этой категории.
Из-за направленного против часовой стрелки или в восточном направлении вращения Земли фиксированная точка в космическом пространстве для наблюдателя на Земле двигается в западном направлении. Это объясняет тот факт, что солнце всходит на востоке и заходит на западе.
Для каждого из этих методов измерения времени, день делится на 24 часа, час на 60 минут, а минута на 60 секунд
Исторически, систематическое движение небесных тел служит как основа для измерения времени. Суточное вращение звездного неба вызванное вращением Земли вокруг своей оси
определяло день, год определялся вращением
Земли вокруг Солнца, а месяц определялся относительно вращения луны вокруг Земли. Хотя точное современное измерение времени выполняется электронным образом, многие элементы и терминология берут свое начало из астрономии.
Используя звездное небо для измерения времени,
необходимо определить точку отсчета чтобы определить когда завершится требуемый цикл движения. Если мы выбираем точку отсчета, фиксированную относительно небесной сферы, соответствующее время определяется относительно неподвижных звезд и называется
звездным (сидерическим) временем. Если,
наоборот, мы выбираем Солнце как точку отсчета, соответствующее время называется солнечным временем (или синодическим временем).
ЗВЕЗДНОЕ ВРЕМЯ И СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ
Технически, сидерическое время определяется как продолжительность времени с момента пересечения местного небесного меридиана точкой весеннего равноденствия. Эквивалентным определением звездного времени является прямое восхождение любой звезды в настоящее время наблюдаемой на
этом местном небесном меридиане. Таким образом, если звезда
Сириус находится на вашем звездном меридиане звездное время составляет 6 часов 45 минут т.к. прямое восхождение звезды Сириус равно 6 часам 45 минутам на звездной сфере. В целом наше обыденное (гражданское) время определяется относительно среднему движению Солнца, а не относительно весеннему равноденствию. Таким образом, звездное время, в целом, не
совпадает с обыденным временем на ваших часах. Точнее говоря,
звездное время согласуется с солнечным временем только в осеннее равноденствие; в любое другое время они отличаются (в день весеннего равноденствия точно на 12 часов).
На этом рисунке указана направление местного небесного меридиана в полдень звездного времени (слева) и в полдень солнечного времени (справа). Заметим, что звездный полдень
всегда указывает в одном направлении относительно
неподвижных звезд, но направление небесного меридиана в солнечный полдень меняется относительно неподвижных звезд по мере того, как Земля вращается вокруг Солнца. Направление в котором указывает солнечный полдень меняется относительно звезд т.к. он всегда ориентирован на солнце, таким образом делая солнечный день длиннее сидерического дня. Другими словами,
солнечный полдень всегда ориентирован на солнце т.к. Земля
смещается по своей орбите примерно на 1° между соседними солнечными полднями, что выглядит так iкак если бы Солнце смещалось на один градус на восток. Это объясняет небольшие различия в продолжительности сидерического и синодического дня.
.
СОЛНЕЧНОЕ (СИНОДИЧЕСКОЕ) ВРЕМЯ
МЕСТНЫЙ МЕРИДИАН
С начала исторических времен люди измеряли время. Это кажется очень простым; повсюду вокруг нас есть часы, которые подскажут нам сколько сейчас времени. Однако установить время на часах не очень просто. То, какие единицы измерения времени и систему отсчета мы используем, основано на астрономии.
Наше времяисчисление основано на понятии «сутки». Сутки – это среднее время, которое требуется, чтобы Солнце вернулось на местный меридиан, который является линией прямого восхождения (от полюса к полюсу) проходящей через точку зенита (точка прямо над головой. По историческим причинам сутки делятся на 24 часа
Солнечное время – это время, которое можно измерить по солнечным часам. Солнечные часы следят за видимым движением Солнца в течение дня, обычно с использованием тени, хотя апертура напротив затененного основания также используется. Тень самая короткая в полдень, когда Солнце находится прямо на местном меридиане. Т.к. Солнце всходит и заходит в разное относительное время на протяжении года, полдень, следовательно, является самым точным моментом для начала суток. Однако, было бы очень неудобным изменять дату в полдень, поэтому мы начинаем наши сутки в полночь, точно за 12 часов до полудня.
Истинное солнечное время (LST)
Время, определяемое из видимого движения Солнца по солнечным часам называется истинным солнечным временем или истинным местным временем. Истинное солнечное время измеряется относительно видимого положения Солнца. Истинные солнечные сутки –это время, которое требуется, чтобы солнце пересекло небесный меридиан дважды. Истинный полдень – это момент, когда солнце пересекает небесный меридиан для наблюдателя на земле. Из-за непостоянной скорости вращения земли и т.к. земля ускоряется и замедляется на своем пути вокруг Солнца, продолжительность истинного солнечного дня меняется и не является точной мерой времени. Время, определяемое по воображаемому солнцу называется средним солнечным временем, или местным средним временем, измеряемом для определенного меридиана.
Среднее солнечное время (LT)
Среднее солнечное время – это время относительно Среднего Солнца. Среднее солнце – это точка, которая двигается однородно вокруг Земли по эклиптике, но обычно не в том же местоположении, что и реальное Солнце. Видимое с земли реальное солнце не двигается однородно из-за эллиптической формы земной орбиты и из-за изменчивости орбитального периода земли. Средние солнечные сутки равны 24 солнечных часов, время, требуемое для того, чтобы среднее солнце оказалось в точке небесного экватора, среднего полдня, дважды. Они измеряются от полуночи до полуночи, причем полночь - это 0 часов. Солнечные сутки делятся на 24 часа, каждый солнечный час делится на 60 минут, а солнечная минута делится на 60 солнечных секунд.
Полдень истинного солнечного времени (LST) определяется, когда солнце стоит выше всего в небе. Местное среднее время обычно (LT) отличается от истинного LST из-за формы земной орбиты и человеческого вмешательства, например поясное время.
Разница между истинным солнечном временем и среднем солнечным временем называется уравнением времени.