Время в астрономии

Что такое календарь

Календарь является средством, помогающим подсчитывать продолжительные временные интервалы, связанные с периодичностью определенных астрономических явлений — со сменой дня и ночи, с циклами лунных фаз, с переменой времен годового цикла.

Календарь — список в виде таблицы соответствия дней года дням недели, разделенный по месяцам и неделям, а также имеющий отмеченные в нем праздники.

Слово «календарь» произошло от латинского «calendarium», что переводится с древнеримского языка как «долговая книжка». В то время первые числа месяца назывались «календы», и именно в эти дни следовало выплачивать долговые проценты.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Зарождение первых календарей началось еще во времена древнейших цивилизаций. Они были необходимы для планирования хозяйственной деятельности и празднования религиозных событий. Несмотря на свою примитивность, древнейшие календари помогали устанавливать начало и окончание сезона дождей и разливов рек, что было важным для сельского хозяйства.

При этом каждый народ по-своему вел отсчет историческим событиям:

  • римляне — от основания Рима (573 г. до н.э.);
  • иудеи — от сотворения мира (по их хронологии это было в 3761 г. до н.э.);
  • египтяне — от начала правления очередной царской династии;
  • вифиняне и парфяне — от дня, когда вступил на трон первый царь.

Примечание

Создание точного, совершенного календаря — задача сложная, и до сих пор до конца не решена. Над ней ломали головы физики, математики и астрономы еще с древних пор, рассчитывая временные интервалы движения космических тел и пытаясь синхронизировать их между собой.

Астрономическое время • Задачи

Исторически время в астрономии измерялось по положению светил на небесной сфере, точнее — по периодическим изменениям положения светил. Эта периодичность и лежит в основе единиц измерения времени. Так, год — это время, за которое Солнце совершает полный оборот по небесной сфере и возвращается в исходную точку, за которую в свое время была принята точка весеннего равноденствия. Сейчас мы знаем, что это не Солнце вращается вокруг Земли, а Земля движется вокруг Солнца по орбите.

Однако уже в древности, как только появились первые солнечные часы, люди заметили, что солнечная тень в таких часах в течение года двигалась неравномерно. Как впоследствии выяснилось, это было обусловлено двумя факторами:

    1. Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, то есть ее скорость в разных точках орбиты разная. В связи с этим, и скорость перемещения диска Солнца по небесной сфере так же была не постоянна. Момент прохождения Землей точки перигелия, то есть точки орбиты, находящейся на минимальном расстоянии от Солнца, приходится на начало января. Именно в это время «часовая стрелка» солнечных часов движется быстрее всего.

    2. На 22 декабря, плюс-минус день, приходится момент зимнего солнцестояния. В это время склонение Солнца перестает уменьшаться и начинает расти, а угловое движение Солнца происходит параллельно небесному экватору, в плоскости которого и ведется отсчет времени. Однако Солнце перемещается по небесной сфере в направлении, противоположном вращению небесной сферы. Это приводит к тому, что в сумме движение Солнца по небесной сфере в день зимнего солнцестояния происходит медленнее, чем в другие дни. То есть в конце декабря — начале января солнечное время «замедляется».

Оба эти эффекта приводят к появлению поправки для определения времени, которая называется «уравнение времени».

Уравнение времени есть разница между «местным истинным солнечным временем» и «местным средним солнечным временем». Если эта поправка положительна, значит истинное время больше среднего и, значит, реальное Солнце (точнее, показания времени по реальному Солнцу) опережает показание наших часов. Эта поправка вычисляется на каждый день и достигает минимума (–16,4 минут) в начале ноября и максимума (+14,3 минуты) в начале февраля. То есть можно считать, что в начале февраля «время ускоряется».

На самом деле, конечно же, это не так! Никакого ускорения времени нет. Ибо в нашем случае мы всего лишь измеряем промежутки времени, используя природные «почти-периодические» процессы — обращение Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите, дополнительно искаженное наклоном земной оси.

Реальное изменение течения времени, как одной из координат «пространства-времени», можно заметить только при релятивистском приближении, то есть на больших скоростях или в присутствии значительных силовых полей, и к смене времен года оно отношения не имеет.

Астрономические времена года

Как мы уже говорили, основной причиной смены времён года является наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики. Если бы ось Земли не была наклонена, то продолжительность дня и ночи в любом месте Земли была бы одинакова, а днем солнце поднималось бы над горизонтом на одну и ту же высоту в течение всего года. И тогда никаких изменений времен года не происходило бы. Но ось Земли образует с орбитальной плоскостью угол 66,56°. Наглядно это видно на данной схеме.

Астрономически времена года отсчитываются от точек летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия. В году две точки равноденствия, когда солнце переходит из одной точки полушария в другую: из Северного полушария — в Южное, и наоборот. Весеннее и осеннее равноденствие являются переходной точкой от одного времени года к другому. В эти дни восход солнца начинается почти ровно на востоке, а заход почти строго на западе.

Промежуток между равноденствиями составляет полгода, а целый год принято считать тропическим годом, он продолжается 365,2422 суток. По Юлианскому календарю, в году 365¼ суток. Поэтому каждый следующий год продвигается на 6 часов вперед, а каждый четвертый год является високосным годом, где добавляется на сутки больше, которые приходятся на 29 февраля. Таким образом, каждые четыре года дополнительный день возвращает равноденствие на начало прежнего числа.

Периоды равноденствий:

  • Весеннее равноденствие — 20 — 21 марта. Солнце переходит из Южного полушария в Северное.
  • Осеннее равноденствие — 22 — 23 сентября. Солнце переходит из Северного полушария в Южное.

С 20 (21) марта до 22 (23) сентября из-за наклона земной оси Северное полушарие обращено к Солнцу бо́льшую часть суток, поэтому там больше тепла и света, чем в Южном, где в это время зима. Летом дни становятся длиннее, а положение Солнца — выше. Через полгода Земля переходит на противоположную точку своей орбиты. Наклон оси остаётся таким же, но теперь Южное полушарие оказывается обращённым к Солнцу большую часть суток, дни становятся длиннее и теплее. В Северном полушарии в это время наступает зима.

Но на время года влияет также и эллиптическая форма орбиты: времена года имеют разную продолжительность. В течение года планета Земля то приближается к Солнцу, то отдаляется от него, именно поэтому на разных континентах земного шара времена года отличаются продолжительностью.

Например, в Северном полушарии лето длиннее — 93,6 суток (а в Южном 89 суток), осень — 89,8 суток (а в Южном она длиннее — 92,8 суток). Зима – 89 суток (а в Южном — 93,6), весна — 92,8 суток (в Южном — 89,8).

Проекты Всемирного календаря

И в настоящее время все еще продолжают создаваться новые проекты календарей. Около сотни лет назад, в мае 1923 года, был принят новоюлианский календарь, который разработал астроном из Сербии Миланкович, являвшийся профессором Белградского университета в области математики и небесной механики. 

По сути, это был модифицированный юлианский календарь, имевший своей характеристикой существенный недостаток — постепенно накапливающееся расхождение между астрономическим (солнечным) годом и календарным. В юлианском календаре високосными считались все года, число которых делилось на 4.

Для исправления этой погрешности Миланковичем было предложено убрать из числа високосных некоторые сотни лет. А именно: оставить високосными только те из них, число которых при делении на 9 дает в остатке 2 либо 6.

Для сравнения новоюлианского календаря с григорианским приведем пример:

  1. 2000-й год по новоюлианскому, так же как и по григорианскому календарю, остался бы високосным — 20 сотен при делении на 9 дают в остатке 2.
  2. 2100-й год тоже совпал бы с григорианским (не считался бы високосным) — при делении 21 на 9 в остатке получилось бы 3.
  3. 2800 по григорианскому будет считаться високосным (так как делится без остатка на 400), а по новоюлианскому — обычным, не високосным годом (28 при делении на 9 в остатке дает 1, а для високосного года нужно получить 2 либо 6).

Григорианский календарь, используемый повсеместно достаточно точен в отношении определения синодического месяца и тропического года, но имеет некоторые недостатки, о которых упоминалось выше. Поэтому уже с XIX века создаются попытки создать календарь, устраняющий эти недостатки. А с 1953 года этот вопрос взяла под свой контроль ООН. На сегодняшний день из представленных проектов наиболее оптимальными выглядят 2 варианта:

  1. Год поделен на 13 месяцев по 28 дней в каждом (4 недели по 7 дней). Недостатки проекта: общее число дней 364, а 13 месяцев не поделить на полугодия и квартала, состоящие из целых месяцев.
  2. Год содержит 12 месяцев и делится на 4 квартала по 13 недель и 91 дню в каждом. Таким образом, начало года и квартала всегда будет приходиться на один и тот же день недели (было предложено воскресенье). Чтобы число дней в обычном году равнялось 365, а в високосном — 366, было предложено вставлять день (или два) без числа и, видимо, без названия дня недели.

Преимуществом последнего варианта можно считать:

  • ежегодное совпадение чисел месяцев и названий дней недели;
  • делится на полугодия и квартала, состоящие из целых месяцев;
  • равное количество рабочих и календарных дней в кварталах.

Почему происходит смена времен года

В древности люди объясняли перемену сезонов года с помощью мифологии. Лишь в эпоху Возрождения было доказано, что планета имеет форму шара, вращается вокруг Солнца. Тогда предложенная религиями версия была опровергнута.

Зима и лето сменяются из-за того, что планета прогревается неравномерно. Поскольку угол наклона оси по отношению к Солнцу составляет 23°, на одно полушарие солнечные лучи попадают под прямым углом, а на второе — под острым. Во время оборота лучше освещается то один участок, то другой из-за перемены положения относительно Солнца. Одно полушарие получает большую часть тепла. Там наступают летние дни. При этом на противоположное приходят зимние холода.

Если бы угол наклона отсутствовал, Земля круглый год прогревалась с одинаковой силой. Времена года в подобной ситуации не возникли бы. На экваторе установилось бы постоянное лето, а по мере удаления от него погода постепенно была бы все более холодной.

Постоянными были бы погодные условия и при отсутствии перемещения по орбите. В подобной ситуации одно полушарие постоянно освещалось бы лучше другого, там наблюдалось бы вечное лето. На противоположной части планеты всегда было бы холодно.

Ознакомиться с механизмом смены сезонов можно на схеме.

Часовые пояса

Астрономия для любителей → Астрономический софт, книги, файлы → Часовые пояса

Немногим более 100 лет назад никаких часовых поясов не было. В каждом городе использовалось свое местное солнечное время, которое выставлялось в зависимости от географической широты. Но с развитием железных дорог и средств связи такое положение дел оказалось неудобным.

Представите себе. Одни сутки соответствуют полному обращению земного шара вокруг своей оси — то есть 360 градусам. А это значит, что путешественник, при пересечении каждого меридиана должен поправлять свои часы на 4 минуты чтобы они каждый раз соответствовали солнечному времени. Для современного человека это кажется немыслимо.

Ситуация была изменена канадским инженером Сэндфордом Флемингом около 1879 года. Он впервые предложил объединять различные часовые зоны в часовые пояса — обширные зоны на которых устанавливается одно время. К 1929 такая система получила всемирное распространение. В России системы часовых поясов не существовало вплоть до 1917 года.

В основу современной системы часовых поясов положено универсальное координированное время (всемирное время), от которого зависит время всех часовых поясов. Поверхность Земли условно поделена на 24 часовых пояса. При переходе из одного часового пояса в другой, значения минут и секунд сохраняются, изменяется лишь значение часов. Существуют некоторые страны, в которых местное время отличается от всемирного дополнительно на 30 или 45 мин. Правда, такие временные зоны не являются стандартными часовыми поясами.

Теоретически 24 часовых пояса земного шара должны ограничиваться меридианами, проходящими на 7°30′ восточнее и западнее среднего меридиана каждого пояса, причем вокруг гринвичского меридиана действует всемирное время. Однако в реальности, для сохранения единого времени, внутри одной и той же административной или природной единицы, границы поясов смещены относительно меридианов.

На Северном и Южном полюсах меридианы сходятся в одной точке, и поэтому там понятие часовых поясов, теряет смысл. Считается, что время на полюсах соответствует всемирному, хотя на станции Амундсен-Скотт, Южный полюс, действует время Новой Зеландии.

Дополнительные трудности в определении времени вносит понятие Летнего времени. Это время, сдвинутое на 1 час вперёд относительно времени, принятого в данном часовом поясе. Летнее время вводится во многих странах в летний период с целью экономии электроэнергии на освещение. Впервые летнее время было введено в Великобритании в 1908 году.

В России переход на летнее время впервые был осуществлён в 1917 году и действовал до 1930 года, когда стрелки часов были переведены на один час вперёд относительно поясного времени. Это время называли «декретным», так как оно было введено Декретом Совнаркома 16 июня 1930 года. С 1981 года в СССР вновь стало регулярно вводиться летнее время. Таким образом, Летнее время в России отличалось от поясного на 2 чала а зимнее на 1 час.

Переход на зимнее время осуществляется не везде и не одновременно. В Европе переход на летнее время осуществляется в последнее воскресенье марта в 2:00 переводом часовых стрелок на 1 час вперёд, а обратный переход осуществляется в последнее воскресенье октября в 3:00 переводом стрелок на 1 час назад. В США и Канаде переход на летнее время осуществляется во второе воскресенье марта в 2:00, и возвращается обратно в первое воскресенье ноября, также в 2:00.

С 26 октября 2014 года Россия перейдет на зимнее время и в дальнейшем сезонного перевода стрелок осуществляться не будет.

Есть и еще один любопытный факт. В южном полушарии, лето наступает тогда, когда в северное приходит зима. Поэтому когда в северном полушарии действует летнее время, в южном оно зимнее. Часть стран вообще отказались от использования летнего времени. На приведенной выше карте синим цветом обозначены страны, где применяется переход на летнее время. Красным-страны, где перехода никогда не было. Оранжевым-страны, где переход на летнее время был отменен.

Вы можете проверить свои знания по астрономии — пройти тест

Михаил Карневский, Екатерина Золотарева, 16.09.2014

Астрономическое время Расчёт восхода и захода Солнца

Истинное солнечное время — это… Что такое Истинное солнечное время?

Местное солнечное время — в астрономии называемое истинным, с ним связано объективное положение Земли в Солнечной системе. Истинное время определяется положением солнца. Например, истинный полдень всегда наступает, когда солнце пересекает меридиан места, где мы находимся, то есть когда солнце располагается точно на юге (когда солнце находится на юге, наступает полдень).

Истинное время определяется положением солнца

Именно положение солнца определяет истинное время. Ну а наши часы показывают время, которое лишь приблизительно связано с положением солнца. Гражданское время условно.

Истинное время не равномерно

Для современного городского жителя истинное время — скорее астрономическая абстракция, которая не имеет большого значения в его жизни, поскольку оно неравномерно. Действительно, сложно сделать часы, которые идут с переменной скоростью в течение года. А вот обычное время, напротив, организовано равномерно и точно и, значит, легче поддается учёту.

Расчёты

Расчёт среднего солнечного времени

От времени Гринвича можно рассчитать не только гражданское время в любом часовом поясе, но и местное среднее солнечное время на любом меридиане.

Гражданское время во всех часовых поясах сдвинуто на целое число часов относительно местного среднего солнечного времени в Гринвиче, которое называют универсальным и обозначают GMT (Greenwich Mean Time). Собственно, в этом и состоит его универсальность.

Предположим, что универсальное время равно 9 часов утра — 09:00. Тогда по гражданскому времени в Москве будет полдень: GMT+3 = 9:00 + 3:00 = 12:00. Но за три часа солнце перемещается на 15° × 3 = 45°. Поэтому истинный солнечный полдень будет в это время на 45° восточной долготы (например, в Пензе), а не в Москве. Чтобы узнать среднее солнечное время в Москве, надо перевести долготу места (около 38°) в часовые единицы. Поэтому в 9 часов по Гринвичу среднее солнечное время в Москве будет 9:00 + 2:32 = 11:32. Расчёт сделан для Москвы, а, например, в Балее можно самостоятельно рассчитать среднее солнечное время, имея в виду, что восточная долгота города Балей равна 116°38′, а часовой пояc считается как GMT+9.

Чтобы рассчитать среднее солнечное время, необходимо знать градусы и минуты долготы того места, где вы находитесь.

Расчёт истинного времени

Если учесть значение уравнения времени, то можно узнать истинное время на основании точного гражданского времени, то есть рассчитать положение солнца без солнечных часов. В общем виде формула очень проста. Если ST — истинное время, а UCT — универсальное время по Гринвичу, то:

В большинстве современных стран летом гражданское время сдвигают на один час вперёд. На универсальное время это не влияет (поэтому формула верна и летом), но если универсальное время UCT считать на основании гражданского, то следует учесть и этот летний час.

Интересные факты

На Северном полюсе вопрос «Который сейчас час?» лишён всякого смысла: день длится полгода, при этом солнце меняет свою высоту незаметно, а любое направление есть направление на юг. Солнечные часы на Северном полюсе вполне объективно будут показывать истинное время в течение летнего полугодия. Просто единицей измерения следует выбрать день. Таков природный ритм жизни за Полярным кругом, и особенности восприятия времени у заполярных народов можно проследить и в лунном календаре, и в древних обрядах. Таким образом, понять условность гражданского времени нагляднее всего можно на Северном полюсе.

Значение долготы для пункта, расположенного к западу от Гринвича, можно вычислить, если вычесть значение местного солнечного времени, определённое астрономическими наблюдениями, из значения всемирного времени, полученного по радиосигналам точного времени.

С помощью уравнения времени (в виде годового графика) можно подсчитать гражданское время на основании положения солнца.

См. также

Солнечное время (с изменяемой продолжительностью часа, отсчитываемое от моментов астрономических полуночи и полудня)

Wikimedia Foundation. 2010.

Что такое астрономическое время и чем оно отличается от летнего и зимнего?

В Государственную Думу внесён законопроект о возврате к зимнему времени. Депутаты предлагают перевести стрелки часов на час назад 26 октября 2014 года, и после этого больше часы не переводить, вне зависимости от времени года. 

Кроме того, предложено восстановить в России 10 часовых поясов, как это было до августа 2011 года. Этот законопроект поддержал Совет Федерации. В результате реформы время в России приблизится к поясному.

Что такое астрономическое время?

Очень часто астрономическое время путают с поясным. Считается, что астрономические часы соответствуют биологическому ритму жизни человека, и жить по ним — естественно и полезно для здоровья. 

Однако в современном мире жить по астрономическому времени невозможно, эту роскошь могли позволить себе только наши предки, которые еще до изобретения часов определяли время по Солнцу. А точнее — по длинному шесту, который отбрасывал тень на землю. 12 часов дня приходились на положение Солнца в зените, когда шест не отбрасывал тени.

Время, которое определяется по солнечным часам, называют астрономическим или солнечным. Астрономическое время не постоянно. Оно будет различным даже для одного населенного пункта в течение года по мере вращения Земли вокруг Солнца.

Поясное время

Время, к которому мы привыкли, не имеет никакого отношения к астрономическому. Сутки условно поделили на 24 часа, они заканчиваются в полночь. Это время назвали гражданским. 

На международном конгрессе в Вашингтоне в 1884 году земной шар условно разделили на 24 часовых пояса. От пояса к поясу время меняется точно на один час. В середине пояса время совпадает с гражданским, а время на всей территории пояса называется поясным.

Летнее и зимнее время

По экономическим, политическим и иным причинам фактическое время может на несколько часов отставать или опережать поясное. Так летом стрелки часов обычно переводят на час вперёд, а зимой — на час назад. Эта мера помогает более рационально использовать световой день и экономить электроэнергию.

Когда впервые перешли на летнее времяисчисление?

Впервые стрелки часов перевели на летнее время в Европе во время Первой мировой войны. С помощью этой меры экономили энергоресурсы. В России систему летнего и зимнего времени ввели в 1917 году.

Декретное время

Из-за перевода часов в 1930-м и 1981-м годах СССР стал опережать поясное время на два часа летом, и на час зимой. Установленное время приобрело название «декретного», поскольку было введено декретом Совета народных комиссаров СССР.

Попытки отменить «декретное» время предпринимались в 1991 году, но эта инициатива вызвала недовольство населения, а также рост потребления электроэнергии. Дело в том, что утром приходилось вставать задолго до восхода солнца, а вечером, когда люди возвращались домой с работы, было уже темно. К 2009 году, когда экс-президент РФ Дмитрий Медведев инициировал очередную реформу времени, так жило около 60% россиян.

Какое время в России сейчас

Сейчас в России действует постоянное летнее время, которое опережает поясное на 1-2 часа. Зимнее время было отменено в 2011 году указом бывшего президента Дмитрия Медведева. Однако не всем пришлась по душе данная инициатива. В Москве, центральных регионах европейской части России, западной Сибири, на востоке Красноярского Края и Камчатке используется время, опережающее поясное на один час. В остальных регионах административное время стало опережать поясное на два часа. 

Когда в Россию может вернуться зимнее время?

Законопроект предлагает перевести стрелки часов 26 октября этого года. Однако зимнее время могут вернуть сразу после проведения Олимпиады в Сочи. Сделать это раньше будет проблематично, поскольку утверждена сетка телевизионной трансляции Олимпийских игр. 

Как происходит смена времен года

Подробности Категория: Астрономия Опубликовано 10.09.2012 17:10 Просмотров: 38532

Главная причина смены времен года – наклон оси вращения Земли.

Мы все видим, что времена года меняются: летом мы загораем и плаваем в открытых природных водоемах, собираем луговые цветы, сидим у костра; осенью восхищаемся разноцветной красотой леса; зимой катаемся на санках и на лыжах, а весной радуемся теплому солнышку и наблюдаем, как быстро лопаются почки на деревьях и превращаются в зеленый наряд. Но почему происходит смена времен года?

Главная причина смены времен года – наклон оси вращения Земли.

Но сначала давайте поговорим о том, что означает термин «времена года». Это четыре периода, на которые условно поделен год

Обратите внимание на слово «условно»

В астрономии различают:

1) Календарные времена года, которые приняты в большинстве стран мира – деление года на четыре сезона по три месяца в каждом. Вот здесь как раз понятно, что деление это условно, т.к. календарная дата наступления зимы (или другого времени года) может не совпадать с реальной погодой.

2) Астрономические времена года – отсчитываются от точек солнцестояния (лето/зима) и равноденствия (весна/осень).

Давайте разберемся, что такое «точки солнцестояния» и «равноденствия».

Солнцестояние – это момент прохождения Солнца через точки эклиптики (большого круга небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца), наиболее удаленные от экватора небесной сферы.

Равноденствие – это момент, когда центр Солнца в своём видимом движении по эклиптике пересекает небесный экватор.

3) Фенология (система знаний о сезонных явлениях природы), используя понятие «сезон», определяет длительность и сроки начала каждого климатического времени года в соответствии с природными условиями. Сезон отличается характерными для него погодными условиями и температурой.

Итак, смена времен года объясняется: годичным обращением Земли вокруг Солнца, наклоном оси вращения Земли относительно орбиты и эллиптичностью орбиты.