Солнечное время - Solar time

На продвигать планета как земной шар, то звездный день короче, чем солнечный день. В момент 1 солнце и некий далекий звезда оба накладные. Во время 2 планета повернулась на 360 °, и далекая звезда снова находится над головой (1 → 2 = один звездный день). Но только немного позже, в момент времени 3, Солнце снова находится над головой (1 → 3 = один солнечный день). Проще говоря, 1-2 - это полный вращение Земли, но поскольку вращение вокруг Солнца влияет на угол при котором Солнце видно с Земли, 1-3 - сколько времени это займет полдень возвращаться.

Солнечное время это расчет прохождения время на основе положение Солнца в небо. Фундаментальной единицей солнечного времени является день. Два типа солнечного времени - это кажущееся солнечное время (солнечные часы время) и среднее солнечное время (время часов).

Вступление

Орбита Земли вокруг Солнца, показывающая ее эксцентриситет

Высокий столб, вертикально закрепленный в земле, отбрасывает тень в любой солнечный день. В какой-то момент в течение дня тень будет указывать точно на север или юг (или исчезнет, ​​когда и если Солнце движется прямо над головой). Это мгновение местный очевидный полдень, или 12:00 местного кажущегося времени. Примерно через 24 часа тень снова будет указывать с севера на юг, и кажется, что Солнце покрыло дугу в 360 градусов вокруг оси Земли. Когда Солнце покрыло ровно 15 градусов (1/24 круга, оба угла измеряются в плоскости, перпендикулярной оси Земли), местное видимое время составляет ровно 13:00; еще через 15 градусов будет ровно 14:00.

Проблема в том, что в сентябре Солнцу требуется меньше времени (если судить по точным часам), чтобы совершить видимый оборот, чем в декабре; 24 «часа» солнечного времени могут быть на 21 секунду меньше или на 29 секунд больше, чем 24 часа часового времени. Это изменение количественно оценивается уравнение времени, и это связано с эксцентриситет орбиты Земли (т. е. орбита Земли не является идеально круговой, что означает, что расстояние Земля-Солнце меняется в течение года), и тот факт, что ось Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты (так называемый наклон эклиптики ).

Результатом этого является то, что часы работают с постоянной скоростью - например, совершение одинакового количества качаний маятника за каждый час - не может следовать за действительным Солнцем; вместо этого он следует за воображаемым «средним Солнцем», которое движется вдоль небесного экватора с постоянной скоростью, которая соответствует средней скорости реального Солнца в течение года.[1] Это «среднее солнечное время», которое по-прежнему не является совершенно постоянным от одного столетия к другому, но достаточно близко для большинства целей. В настоящее время средний солнечный день составляет около 86400.002. SI секунд.[2]

Два вида солнечного времени (кажущееся солнечное время и среднее солнечное время ) относятся к трем видам отсчета времени, которые применялись астрономами до 1950-х годов. (Третий вид традиционного исчисления времени - звездное время, который основан на видимых движениях звезды кроме Солнца.)[3] К 1950-м годам стало ясно, что скорость вращения Земли непостоянна, поэтому астрономы разработали эфемеридное время, шкала времени, основанная на положении тел Солнечной системы на их орбитах.

Видимое солнечное время

Видимое Солнце - это истинное Солнце, как его видит наблюдатель на Земле.[4] Кажущееся солнечное время или истинное солнечное время основано на видимом движении фактического солнце. Он основан на кажущийся солнечный день, интервал между двумя последовательными возвращениями Солнца в локальную меридиан.[5][6] Солнечное время можно грубо измерить с помощью солнечные часы. Эквивалент на других планетах называется местное истинное солнечное время (LTST).[7][8]

Продолжительность солнечных суток меняется в течение года, и накопленный эффект вызывает сезонные отклонения до 16 минут от среднего значения. Эффект имеет две основные причины. Во-первых, из-за эксцентриситета Орбита Земли, Земля движется быстрее, когда она находится ближе всего к Солнцу (перигелий ) и медленнее, когда он находится дальше всего от Солнца (афелий ) (видеть Законы движения планет Кеплера ). Во-вторых, из-за земного осевой наклон (известный как наклонность эклиптика ) годовое движение Солнца происходит по большой круг (в эклиптика ), наклоненного к земному небесный экватор. Когда Солнце пересекает экватор в обоих равноденствия, суточное смещение Солнца (относительно звезд фона) находится под углом к ​​экватору, поэтому проекция этого смещения на экватор меньше его средний на год; когда Солнце находится дальше всего от экватора в обоих солнцестояния, изменение положения Солнца от одного дня к другому происходит параллельно экватору, поэтому проекция этого смещения на экватор больше, чем в среднем за год (см. тропический год ). В июне и декабре, когда Солнце находится дальше всего от небесного экватора, данное смещение эклиптики соответствует большому смещению на экваторе. Таким образом, видимые солнечные дни в марте и сентябре короче, чем в июне или декабре.

Продолжительность видимого солнечного дня (1998 г.)[9]
ДатаПродолжительность в среднем солнечном времени
11 февраля24 часа
26 марта24 часа - 18,1 секунды
14 мая24 часа
19 июня24 часа + 13,1 секунды
25/26 июля24 часа
16 сентября24 часа - 21,3 секунды
2/3 ноября24 часа
22 декабря24 часа + 29,9 секунды

Эта длина немного изменится через несколько лет и значительно изменится через тысячи лет.

Среднее солнечное время

Основная статья: Всемирное время
Уравнение времени - над осью появятся солнечные часы быстрый относительно часов, показывающих местное среднее время, а под осью появятся солнечные часы медленный.

Среднее солнечное время - это часовой угол среднего Солнца плюс 12 часов. Это 12-часовое смещение происходит из решения начинать каждый день в полночь для гражданских целей, тогда как часовой угол или среднее солнце отсчитывается от местного меридиана.[10] В настоящее время (2009 г.) это реализовано с помощью UT1 шкала времени, построенная математически из интерферометрия с очень длинной базой наблюдения за суточные движения радиоисточников, расположенных в других галактиках, и другие наблюдения.[11][12] Продолжительность светового дня варьируется в течение года, но продолжительность светового дня средний солнечный день почти постоянна, в отличие от видимого солнечного дня.[13] Кажущийся солнечный день может быть на 20 секунд короче или на 30 секунд длиннее среднего солнечного дня.[9][14] Длинные или короткие дни происходят последовательно, поэтому разница увеличивается до тех пор, пока среднее время не опережает кажущееся время примерно на 14 минут около 6 февраля и отстает от кажущегося времени примерно на 16 минут около 3 ноября. уравнение времени это разница, которая носит циклический характер и не накапливается из года в год.

Среднее время следует за средним солнцем. Жан Мееус описывает среднее солнце следующим образом:

Рассмотрим первое воображаемое Солнце, путешествующее по эклиптика с постоянной скоростью и совпадающей с истинным Солнцем в перигее и апогее (когда Земля находится в перигелии и афелии соответственно). Затем представьте себе второе воображаемое Солнце, путешествующее по небесный экватор с постоянной скоростью и совпадающей с первым фиктивным Солнцем в дни равноденствия. Это второе вымышленное солнце - среднее солнце..."[15]

Продолжительность среднего солнечного дня медленно увеличивается из-за приливное ускорение Луны Землей и соответствующее замедление вращения Земли Луной.

История

солнце и Луна, Нюрнбергская хроника, 1493

Для моделирования среднего солнечного времени использовалось множество методов. Самыми ранними были клепсидры или водяные часы, использовался почти четыре тысячелетия, с середины 2-го тысячелетия до нашей эры до начала 2-го тысячелетия. До середины 1-го тысячелетия до н. Э. Водяные часы настраивались только для согласования с видимым солнечным днем, поэтому они были не лучше, чем тень, отбрасываемая солнечным светом. гномон (вертикальный столб), за исключением того, что их можно было использовать ночью.

Но давно известно, что Солнце движется на восток относительно неподвижных звезд по эклиптике. С середины первого тысячелетия до нашей эры суточное вращение неподвижных звезд использовалось для определения среднего солнечного времени, с которым сравнивались часы, чтобы определить частоту их ошибок. Вавилонский астрономы знали о уравнение времени и исправляли это, а также различную скорость вращения звезд, звездное время, чтобы получить среднее солнечное время гораздо более точное, чем их водяные часы. Это идеальное среднее солнечное время с тех пор используется для описания движения планет, Луны и Солнца.

Механические часы не достигли точности «звездных часов» Земли до начала 20 века. Сегодняшний атомные часы имеют гораздо более постоянный темп, чем Земля, но его звездные часы до сих пор используется для определения среднего солнечного времени. Где-то в конце 20-го века вращение Земли было определено относительно ансамбля внегалактических радиоисточников, а затем преобразовано в среднее солнечное время в принятом соотношении. Разница между этим рассчитанным средним солнечным временем и Всемирное координированное время (UTC) определяет, второй прыжок необходим. (Шкала времени UTC теперь работает на SI секунды, а секунда в системе СИ, когда она была принята, была уже немного короче, чем текущее значение секунды среднего солнечного времени.[16])

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Астрономический альманах онлайн. В архиве 2015-11-08 в Wayback Machine (2011) Управление морского альманаха Ее Величества и Военно-морская обсерватория США. Глоссарий s.v. солнечное время.
  2. ^ Високосные секунды. В архиве 2015-03-12 в Wayback Machine (1999). Департамент службы времени, Военно-морская обсерватория США.
  3. ^ Для трех видов времени см. (Например) пояснительный раздел в альманахе. Connaissance des Temps за 1902 г., стр. 759 В архиве 2011-08-10 на Wayback Machine.
  4. ^ Небесная механика Глава 6 В архиве 2015-09-23 на Wayback Machine, Дж. Б. Татум, Университет Виктории
  5. ^ Астрономический альманах онлайн В архиве 2008-09-14 на Wayback Machine (2010). Военно-морская обсерватория США. s.v. солнечное время кажущееся; дневное движение; кажущееся место.
  6. ^ Яллоп Б. Д. и Хоэнкерк К. Ю. (август 1989 г.). Схема расположения солнечных батарей В архиве 2010-12-24 на Wayback Machine (Астрономический информационный лист № 58). Управление морского альманаха HM.
  7. ^ Эллисон, Майкл; Шмунк, Роберт (30 июня 2015 г.). «Технические примечания по солнечному времени Марса, принятые с помощью солнечных часов Mars24». Институт космических исследований Годдарда. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. В архиве с оригинала 25 сентября 2015 г.. Получено 8 октября, 2015.
  8. ^ Эллисон, Майкл; МакИвен, Меган (2000). «Пост-Pathfinder оценка ареоцентрических солнечных координат с улучшенными временными рецептами для сезонных / суточных климатических исследований Марса». Планетарная и космическая наука. 48 (2–3): 215. Bibcode:2000P & SS ... 48..215A. Дои:10.1016 / S0032-0633 (99) 00092-6. HDL:2060/20000097895. В архиве с оригинала от 23 июня 2015 г.
  9. ^ а б Жан Мееус (1997), Математическая астрономия (Ричмонд, Вирджиния: Виллманн-Белл) 346. ISBN  0-943396-51-4.
  10. ^ Хилтон, Джеймс Л; Маккарти, Деннис Д. (2013). «Преессия, нутация, полярное движение и вращение Земли». В Урбане, Шон Э .; Зайдельманн, П. Кеннет (ред.). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху (3-е изд.). Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN  978-1-891389-85-6.
  11. ^ Маккарти, Д. И Зайдельманн, П. К. (2009). ВРЕМЯ От вращения Земли к атомной физике. Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. ISBN  978-3-527-40780-4. С. 68, 326.
  12. ^ Капитан, Н., Уоллес, П. Т., и Маккарти, Д. Д. (2003). «Выражения для реализации определения UT1 IAU 2000» В архиве 2016-04-07 в Wayback Machine, Астрономия и астрофизика, vol.406 (2003), pp.1135-1149 (или в формате pdf ); а для некоторых более ранних определений UT1 см. Aoki, S., H Kinoshita, H., Guinot, B., Kaplan, G.H., D. D. McCarthy, D. D., & Seidelmann, P. K. (1982) «Новое определение всемирного времени», Астрономия и астрофизика, vol.105 (1982), pp. 359-361.
  13. ^ Для обсуждения небольших изменений, влияющих на средний солнечный день, см. Статью [[ΔT (хронометраж) |]].
  14. ^ «Продолжительность настоящего солнечного дня» В архиве 2009-08-26 на Wayback Machine. Пьерпаоло Риччи. pierpaoloricci.it. (Италия)
  15. ^ Миус, Дж. (1998). Астрономические алгоритмы. 2-е изд. Ричмонд В.А.: Виллманн-Белл. п. 183.
  16. ^ : (1) В статье Д.Д. Маккарти, С. Хакмана и Р. А. Нельсона «Физическая основа дополнительной секунды» в Astronomical Journal, том 136 (2008), страницы 1906-1908, говорится (страница 1908), что «Секунда SI эквивалентна более старому измерению секунды UT1, которое было слишком маленьким для начала, и далее, по мере увеличения продолжительности секунды UT1, расхождение увеличивается». : (2) В конце 1950-х годов цезиевый стандарт использовался для измерения как текущей средней продолжительности секунды среднего солнечного времени (UT2) (результат: 9192631830 циклов), так и секунды эфемеридного времени (ET) (результат: 9192631770 ± 20 циклов), см. «Шкала времени» Л. Эссена В архиве 2008-10-19 на Wayback Machine, в Metrologia, том 4 (1968), стр. 161-165, стр. 162. Как известно, цифра 9192631770 была выбрана для SI второй. Л. Эссен в той же статье 1968 года (стр. 162) заявил, что это «казалось разумным с учетом вариаций в UT2».

внешняя ссылка