Время, системы измерения времени в астрономии.

Понятие времени имеет философский и физический смысл: «…объективно существующая материя движется в пространстве и времени» – (философское определение).

В физике под временем понимают некую длительность, в течение которой происходят различные физические процессы.

В астрономии под понятием времени понимают измерение физической длительности с помощью установленных единиц.

Для измерения времени можно использовать какой-либо природный периодический процесс. Человек с древнейших времен занимался измерением времени, используя такие явления как:

1. смену времени года (зависящие от видимого годичного движения солнца по эклиптике);

2. смену лунных фаз (движение Луны вокруг Земли и собственной оси);

3. смену дня и ночи.

Все перечисленные способы измерения времени связаны:

1. С годичным движением Земли.

2. С движением Луны вокруг Земли.

3. С суточным вращение Земли вокруг своей оси.

Обобщая можно сказать, что для измерения времени необходимо:

1. Выбрать механизм (процесс);

2. Выбрать масштаб;

3. Выбрать нуль пункт;

4. Способ измерения.

Исходя из этих принципов, в настоящие время существует несколько систем измерения времени:

1. Звездное время

2. Солнечное время

3. Эфемеридное (динамическое) время

4. Атомное время

5. Всемирное координированное время

С развитием человеческого общества, науки потребовалось измерять и более короткие промежутки времени – доли суток, для чего необходимо следить за суточным движением светил (Солнца, звезд).

Звездное время.

Механизм – вращение Земли вокруг оси. Масштаб – одни звездные сутки, промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия (Т.В.Р, ^); нульпункт – момент верхней кульминации Т.В.Р.

а) б)

Рис. 3.18 а,б Звёздное время

Мерой измерения звездного времени (S) является часовой угол точки весеннего равноденствия (t_^), S=t_^ (рис. 3.18₎. Звёздное время равно сумме часовых углов и прямых восхождений всех светил в один и тот же физический момент:

S=t₁+a₁= t₂+a₂=…=t_n+a_n .

То есть звездное время определяется всей совокупностью наблюдаемых звезд. В верхней кульминации t=0^h и следовательно S=α, в нижней кульминации t=12^h и S=α±12^h.Единица звездного времени – 1 звездная секунда 1 звёздная секунда = 1/86400 звездных суток.

Недостатки системы звёздного времени:

1. непостоянство вследствие изменения скорости вращения Земли и смещения точки^ по эклиптике;

2. неравенство звездных суток солнечным, которые определяют цикл жизнедеятельности природы.

Солнечное время.

Механизм – вращение Земли вокруг оси и движение Земли вокруг Солнца.

Масштаб – одни солнечные сутки равные промежутку времени между двумя последовательными нижними кульминациями Солнца (истинного или среднего).

Нульпункт – с 1925 г. нижняя кульминация центра Солнца.

Мера – часовой угол плюс 12^h, единица солнечного времени – 1 солнечная секунда равная 1/86400 солнечных суток.

Различают истинное солнечное время и среднее солнечное время. Истинное солнечное время обозначим - m_¤ (m_¤=t_¤+12^h), среднее солнечное время m (m=t+12^h) . Истинное солнечное время определяется по наблюдениям истинного Солнца. Истинная солнечная секунда непостоянна еще в большей степени, чем звездная т.к.:

1. Скорость движения Земли на орбите в течение года непостоянна;

2. Эклиптика наклонена к экватору на 23.5 градуса.

Различие в длительности истинных солнечных суток в течение года достигает 51^S среднего времени (23.12-24^h00^m30^s; 15.09-23^h59^m39^s). Поэтому для повседневной жизни принято среднее солнечное время m=t+12^h. Истинное Солнце заменяется движущимся равномерно средним фиктивным экваториальным Солнцем.

Разность между истинным и средним солнечным временем называют уравнением времени:

h = m_ – m; (3.10)

m_ = m+η. (3.11)

Выражение (3.10) принято в Астрономическом ежегоднике, в курсах общей астрономии, астрономическом календаре принято h = m – m_.

Уравнение времени изменяется в течении года от значения -14,4^m (14 февраля) до -16.4^m (3 ноября). На рисунке 3.19 приведён график изменения уравнения времени в течении года.

Для обработки определений по Солнцу важно знать часовой угол истинного Солнца, поэтому заменим правую часть (3.11) на t_+12^h и запишем:

t_+12^h =m+h, далее t_ = m+η-12^h.

Добавим к последнему выражению период 24^h , получим

t_= m+η-12^h+24^h=m+Е, где Е=h+12^h.

Величина Е на начало каждых суток года дана в Астрономическом ежегоднике в таблицах «Солнце».

3.19 Связь среднего солнечного и звездного времени