Единицы измерения времени
Наблюдение и измерение времени основано на обращении нашей планеты вокруг Солнца.
Время, которое прошло можно измерить исходя из следующих моментов.
Земля вокруг своей оси движется почти равномерно. Период этого движения равен периоду вращения небесного свода. В свою очередь период вращения небесного свода может быть определен из наблюдений за ним.
Таким образом, исходя из знания об угле поворота Земли от некоего начального положения можно сделать расчет прошедшего времени.
При этом за начальное положение Земли принимаются следующие моменты.
- момент прохождения нашей планеты через выбранную точку на небе
- момент верхней или нижней точки кульминации на выбранном меридиане.
Основной единицей времени являются сутки. Их продолжительность зависит от выбранной точки на небе.
Такими точками являются:
- точка весеннего равноденствия
- центр видимого диска Солнца (истинное Солнце)
- среднее солнце – некая умозрительная точка, расположение которой может быть определено теоретически и для любого момента времени.
Данные точки действуют для трех единиц времени, а именно:
- звездные сутки
- истинные солнечные сутки
- средние солнечные сутки
Время, которое при этом измеряется, соответственно называется звездное время, истинное солнечное, и среднее солнечное.
Звездные сутки.
Звездными сутками называется отрезок прошедшего времени, который был зафиксирован между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия, которые были отмечены на одном и том же меридиане.
При этом за начало звездных суток на выбранном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Звездным временем называют время, которое прошло с момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до любого иного её положения. Это время определяется в звездных часах, минутах и секундах.
Рисунок 1. Звездное время. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Пользование звездным временем удобно лишь в научных астрономических расчетах. В быту пользование такими расчетами неудобно. В частности, из-за того, что солнце лишь раз в году проходит точку кульминации весеннего равноденствия, в дальнейшем полдень наступает в различное время суток, что создает неудобство.
Истинные солнечные сутки.
Под этим термином понимается последовательность одноименных кульминаций Солнца, а если быть более точным, то центра солнечного диска на не меняющемся географическом меридиане. При этом началом истинных солнечных суток является момент нижней кульминации Солнца, что также называют истинной полночью.
Истинное солнечное время.
Под истинным солнечным временем $T$ понимается такое время, которое истекло после нижней кульминации нашего светила до любого иного его положения.
При этом, данное положение выражается в отрезках времени истинных солнечных суток, таких как истинные солнечные часы, минуты и секунды.
В результате истинное солнечное время $T$ на выбранном меридиане в искомый момент равняется часовому углу Солнца $t$. В свою очередь часовой угол Солнца $t$ определяется в часовой мере плюс $12h$.
В результате получается следующая формула:
$T¤ = t¤ + 12h$
Также следует сказать, что движение по небосклону истинного Солнца не равномерно в силу следующих причин:
Наше светило идет по эклиптике, а не по небесному экватору. Эклиптика наклонена к небесному экватору под углом = 23°27 Солнце движется по эклиптике неравномерно.
В силу данных причин истинные солнечные сутки в один день года могут быть больше чем в другой, или меньше. Поэтому из-за постоянного изменения длительности истинных солнечных суток применять их для отсчета времени в реальной жизни не представляется возможным.
Средние солнечные сутки.
Для получения суток постоянной длительности, взаимосвязанных с ходом Солнца, были введены следующие понятия.
Среднее эклиптическое и среднее экваториальное солнце – фиктивные точки, используемые астрономами для получения суток, которые отличались бы постоянной длительностью и были связаны с ходом Солнца.
Среднее эклиптическое солнце, двигается по эклиптике со среднею скоростью нашего светила. 3 июля и 4 января среднее эклиптическое солнце совпадает с реальным.
В свою очередь среднее экваториальное солнце идет по небесному экватору с постоянной скоростью, которая есть у среднего эклиптического солнца. Эклиптическое и экваториальное солнце одновременно проходят точку весеннего равноденствия.
Средние (солнечные) сутки – данным термином называется определенный промежуток времени между двумя последовательными кульминациями среднего экваториального солнца.
При этом началом средних экваториальных суток считается момент, когда среднее экваториальное солнце достигает нижней своей кульминации. Этот момент так же называется средней полночью.
Среднее время $Tm$ – промежуток, который прошел от момента, когда произошла нижняя кульминация среднего экваториального солнца до любого иного положения солнца. При этом данное положение выражается в долях средних солнечных суток, а именно в средних часах, минутах и секундах.
В результате среднее время $Tm$ рассчитывается исходя из того, что оно равно численно в любой момент на нужном меридиане часовому углу $tm$ среднего экваториального солнца. В свою очередь часовой угол среднего экваториального солнца определяется в часовой мере $12h$.
В результате получаем такую формулу:
$Tm = tm +12h$.
Эфемеридное время
Исследования показали, что средние сутки не являются постоянной величиной с помощью которой можно измерять время. Причиной непостоянства средних суток является в частности такой момент как то, что Земля вращается вокруг своей оси неравномерно, что приводит к изменению скорости планеты. Согласно наблюдениям величина таких изменений равна тысячной доли секунды.
В связи с этим в 1956 г. за основу за основу введенного эфемеридного времени была взята так называемая эфемеридная секунда.
Однако, в наше время взамен эфемеридного расчёта времени используется иное время, называемое земным динамическим временем. Это время приблизительно равно эфемеридному.
Атомное время
В связи с развитием технологий стало возможным установить большую точность времени, чем ранее астрономическими наблюдениями и расчетами.
В результате в 1964 г. были приняты атомные цезиевые часы как эталон времени.
Атомное время основано на атомной секунде. В свою очередь атомная секунда определяется как промежуток времени в ходе, которого электромагнитная волна совершает 9 192 631 771 колебаний. При этом электромагнитную волну излучает атом цезия во время перехода с одного энергетического уровня на иной.
