Тема 4. Лекция 6. Проблема измерения времени.

Календарь

Цель:изучение связи астрономии с проблемой измерения времени и его исчисления.

Ключевые слова:время, системы счета времени, уравнение времени, календарь.

Структура:

1.Время. Системы счета времени.

2.Измерение времени по суточному движению небесных светил

3.Уравнение времени.

4.Измерение длительных промежутков времени. Календарь.

Физические основы:

1.Понятие времени. Способы его измерения. Периодические процессы как основа измерения времени.

2.Период как основная характеристика периодического процесса.

3.Атом и механизм электромагнитного излучения атома.

4.Характеристики излучения: частота, период, длина волны.

5.Величина скорости света и метр как единица измерения длины в современной физике.

6.Функции синуса и косинуса как отражение реальных периодических процессов.

Лекция 6. Проблема измерения времени.

Календарь.

Принципы измерения времени.

В природе время едино и объективно. Но способы его измерения различны. Поэтому различны названия. Они зависят от системы счета времени.

Течение времени измеряется по какому либо равномерному, регулярно протекающему периодическому процессу. Период этого процесса принимается за единицу измерения времени. Из астрономических наблюдений установлены две основные единицы – сутки и год.

Единица «сутки» связана с вращением Земли вокруг оси, «год»-с обращением Земли вокруг Солнца.

Разработано несколько «систем счета времени».Для краткости вместо термина «система счета времени» говорят просто «время», и рассматривается его измерение в различных системах счета времени.

Для отсчета время выбирается начальная точка – на небе. За начальное положение Землипринимается момент прохождения плоскости земного меридиана места наблюдения через выбранную точку, т.е. момент верхней (или нижней) кульминации этой точки на данном меридиане. Отсюда, время:

- звездное;

- солнечное.

Звездное время

Звездные сутки– промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия на данном географическом меридиане. Начало отсчета – момент верхней кульминации т.𝛶.

Звездноевремя обозначается S (час, минута, секунда).

S = t_𝛶– часовой угол точки весеннего равноденствия.

Трудность измерения: точка весеннего равноденствия на небе не выделена.

Выбирают светило М с известным прямым восхождением α.

Рис 13. Связь звездного времени с α и t светила

T = Qm,α = 𝛶m, t_𝛶 = QS = α + t

Звездное время в любой момент равно прямому восхождению какого - либо светила плюс его часовой угол.

В момент верхней кульминации светила t = 0 S = α.

В момент нижней кульминации светила t = 12^h, S = α + 12^h.

Звездное время S в любой местности отличается от звездного гринвичского S₀ на географическую долготу этой местности S = S₀ + λ

Для двух пунктов S₂ – S₁ = λ₂ – λ₁

Примечание:в астрономических задачах в повседневной жизни, удобнее солнечное время.

Солнечное время

Истинное Солнце –центр видимого диска Солнца.

«Среднее Солнце» - фиктивная точка, положение которой, на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.

Истинные солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра солнечного диска.

Истинное солнечное время = + 12 ^r. -часовой угол Солнца.

Истинный полдень – момент верхней кульминации Солнца: = 0^r; = 12^r.

Истинная полночь - момент нижней кульминации Солнца: = 12^r;

= 24^r = 0^r.

Отсчет истинных солнечных суток начинается от полуночи.

Истинные солнечные сутки продолжительнее звездных суток примерно на 4 минуты. Их продолжительность не постоянна.

Рис 14. Звездные и истинные солнечные сутки

Запаздывание кульминации Солнца относительно звездного времени в разные дни года различно. Причины:

1. Солнце движется не по небесному экватору, а по эклиптике, наклонение к экватору на ε = 23⁰26'.

2. Движение Солнца по эклиптике неравномерно.

Истинные Солнечные сутки 22 декабря на 50 – 51секунду длиннее, чем 23 сентября.

Среднее эклиптическое Солнце -фиктивная точка, равномерно движущаяся по эклиптике со средней скоростью Солнца; совпадает с Солнцем 3 января и 4 июля.

Среднее экваториальное Солнце -фиктивная точка, равномерно движущаяся по небесному экватору с постоянной скоростью среднего эклиптического Солнца и одновременно с ним проходит точку весеннего равноденствия.

Средние солнечные сутки (средние сутки) – промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего экваториального Солнца на одном географическом меридиане.

Продолжительность средних солнечных суток равна средней продолжительности истинных солнечных суток за год.

Среднее солнечное время (среднее время) T_mотсчитывается от средней полночит.е. от нижней кульминации среднего экваториального Солнца. T_m= t_m + 12^r; t_m –часовой угол среднего экваториального Солнца.

Среднее экваториальное Солнце на небе ничем не отмечено. Поэтому его t_mизмерить нельзя. Среднее солнечное время получают путем вычислений по определенному из наблюдений истинному солнечному или звездному времени.

Уравнение времени

Уравнением времениназывается разность между среднем временем и истинным солнечным временем в один и тот же момент времени.

ȵ = T_m - = t_m - = - α_m

Следовательно: T_m = + ȵ.Но = + 12^r; -измеряется.

= + 12^r + ȵ.

Рис 15. График уравнения времени: 1 – уравнение времени, 2 – уравнение центра, 3 - уравнение от наклона эклиптики

Кривая уравнения времени является суммой двух синусоид.

Синусоида с годичным периодом дает разность между истинным и средним временем, обусловленную неравномерным движением Солнца по эклиптике. Эта часть уравнения времени – уравнение центра или уравнение от эксцентриситета.

Уравнение от наклона эклиптики –синусоида с полугодичным периодом.

ȵ = 0 около 15 – 16 апреля, 13 – 14 июня, 1 сентября и 24 – 25 декабря.

Уравнение времени публикуется в астрономических календарях и ежегодниках.

Примечание: Тропический годсодержит 365,2422 средних солнечных суток, 365,2422 звездных суток.

За одни звездные сутки точка 𝛶 весеннего равноденствия возвращается на небесный меридиан. Среднее экваториальное Солнце не дойдет до него, так как оно сместится по небесному экватору на 1⁰, что приведет к запаздыванию около 4 минут, точнее 3 мин. 56 сек. Настолько средние солнечные сутки продолжительнее звездных.