1.3 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 = Т_ср - 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: График уравнения времени

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.[1]