Объясните с точки зрения астрономии что такое год месяц сутки

Человек начал активно интересоваться измерением времени тогда, когда понял, что из этого можно извлечь практическую пользу.

В первую очередь это было необходимо для точного предсказания смены сезонов, что позволяло заранее планировать предстоящие сельскохозяйственные работы. В результате такие базовые понятия как год, месяц и сутки твёрдо вошли в культуру всех современных народов, а вместе с тем и в представление каждого отдельно взятого человека.

Но только в средние века многочисленные исследования звёздного неба дали возможность раскрыть истинную сущность наблюдаемых астрономических явлений. В результате научное знание приобрело несколько трактовок базовых временных терминов, о которых, однако, знают далеко не все.

Изначально под годом подразумевался полный цикл смен времён года (зима, весна, лето, осень). Лишь после создания гелиоцентрической теории было доказано, что понятие года неразрывно связано с вращением Земли вокруг Солнца (а также наклоном земной оси). Для повышения точности вычисления траекторий небесных тел и решения других астрономических задач необходимо было чёткое определение термина «год», в результате чего на свет появилось несколько его трактовок:

Тропический год: временной отрезок, за который Солнце возвращается в изначальное положение на небесной сфере (с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли). Продолжительность – 365 дней 5 часов 48 минут 45.19 секунд (незначительно меняется каждый год).

Сидерический: временной отрезок, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца и возвращается в начальную точку (отсчёт ведётся относительно звёзд, положение которых на небесной сфере изменяется очень медленно). Продолжительность — 365 дней 6 часов 9 минут 8,97 секунд.

Аномалистический год: временной отрезок, за который наша планета возвращается в определённую точку собственной орбиты – перицентр. Продолжительность – 365 дней 6 часов 13 минут 52,6 секунд.

Календарный год: временной отрезок, приближённо обозначающий полный сезонный цикл. Продолжительность 365 дней (в григорианском календаре).

Стоит отметить, что в современном календаре через каждые 4 года происходит увеличение годичного цикла на один день. Это связано с тем, что «лишние» четверти суток в конце каждого года суммируются и прибавляются к каждому пятому году.

Что такое месяц?

Понятие месяца большинство людей также ассоциируют с современным календарём. Однако исторически 30-дневный цикл привязан к лунному календарю, а точнее к 29-дневному периоду полной смены фаз единственного спутника нашей планеты. Такой месяц носит название синодического и длится 29 суток 12 часов 44 минуты и 2,8 секунд. По аналогии с годом (лунный) месяц может быть также тропическим, сидерическим и аномалистическим.

Большинство народов давали название тому или иному месяцу в соответствии с его свойствами, но в современном григорианском календаре проследить такие закономерности трудно. Дело в том, что название месяцев в этой системе заимствованы из латинского юлианского календаря, поэтому если перевести их на русский, то они получат однозначный смысл: сентябрь – седьмой, октябрь – восьмой, август – назван в честь Октавиана Августа, июль – в честь Юлия Цезаря и т.д.

Что такое сутки?

С астрономической точки зрения сутки являются периодом полного оборота Земли вокруг своей оси, поэтому у этого термина нет такого разнообразия интерпретаций, как у года и месяца. Учёные выделяют земные сутки (полный цикл день/ночь, видимый для наблюдателя с поверхности Земли. Продолжительность – 24 часа) и звёздные сутки (полный цикл для стороннего наблюдателя. Продолжительность – 23 часа 56 минут 4 секунды).

Такая разница объясняется тем фактом, что за сутки наша планета несколько продвигается по свое орбите, поэтому для завершения цикла для земного наблюдателя планета должна немного «довернуться». Также стоит отметить, что разделение суток на 24 часа является абсолютно условным делением, которое продиктовано культурными особенностями европейской культуры (в истории есть примеры того, как различные народы делили сутки на 10, 22, 30 частей, которые, к тому же, могли быть неодинаковыми по продолжительности).

Из-за действия сил гравитации Солнца скорость вращения нашей планеты очень медленно замедляется, в результате чего продолжительность суток увеличивается. Например, 500 млн. лет назад в сутках было всего 20,5 часов, следовательно, за каждое столетие этот важный временной промежуток увеличивается на 2 миллисекунды.

Объясните с точки зрения астрономии что такое год месяц сутки

Астрономический год, месяц, день — см. Календарь … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ГОД — муж. продолжение времени, в какое солнце, при мнимом течении, ходе своем, возвращается в ту же точку; время обтечения земли вкруг солнца, 12 месяцев, или 52 недели с одним или с двумя днями. Тропический, истинный, солнечный или астрономический… … Толковый словарь Даля

Високосный год — Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения. У этого термина существую … Википедия

Високосный день — Эта статья относится к календарю. Существует также музыкальная группа «Високосный год». Високосный год (лат. bis sextus «второй шестой») год в юлианском и григорианском календарях, продолжительность которого равна 366 дням на одни сутки больше… … Википедия

Високосный Год — Эта статья относится к календарю. Существует также музыкальная группа «Високосный год». Високосный год (лат. bis sextus «второй шестой») год в юлианском и григорианском календарях, продолжительность которого равна 366 дням на одни сутки больше… … Википедия

Учебный год — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Учебный год … Википедия

Юлианский день — (JD) астрономический способ измерения времени, число дней с полудня 1 января 4713 до н. э. (4712 до н. э. по астрономическому счёту лет[1]) по юлианскому календарю. Юлианский день был впервые предложен английским астрономом Джоном Гершелем… … Википедия

ISO 8601 — ISO 8601 международный стандарт, выданный организацией ISO (International Organization for Standardization), который описывает формат даты и времени и даёт рекомендации для его использования в международном контексте. Название нормы … … Википедия

КАЛЕНДАРЬ — [лат. Kalendarium, от Kalendae в древнерим. К. название 1 го дня месяца], система счисления времени, основанная на периодической повторяемости определенных природных явлений. Астрономическая основа и типология К. появился в глубокой древности как … Православная энциклопедия

Времяисчисление — Хронология: вспомогательная историческая дисциплина, устанавливающая даты исторических событий и документов; последовательность исторических событий во времени; перечень каких либо событий в их временной последовательности Астрономическая… … Википедия

Объясните с точки зрения астрономии что такое год месяц сутки

Все люди, интересующиеся астрономией, знают, что слово «сутки» имеет много разных значений. Например, звёздные сутки, солнечные сутки. Но в последнее время возникли многие новые понятия, для которых используется то же самое слово. В этой статье мы дадим более точные определения.

1. Сутки как единица времени

Прежде всего напомним, что единицей времени в астрономии, как и в других науках, является секунда международной системы единиц СИ — атомная секунда. Приведём определение секунды, как оно дано 13-й Генеральной конференцией мер и весов в 1967 г.:

Если слово «сутки» используется для обозначения единицы времени, оно должно пониматься как 86400 атомных секунд. В астрономии употребляются и более крупные единицы времени: юлианский год — 365.25 суток точно, юлианское столетие — 36525 суток точно. Международный астрономический союз (общественная организация астрономов) в 1976 г. рекомендовал астрономам использовать именно такие единицы времени. Основная шкала времени, Международное атомное время (Time Atomic International, TAI), строится на основе показаний множества атомных часов в разных странах. Следовательно, с формальной точки зрения, основа измерения времени ушла из астрономии. Старые единицы «средняя солнечная секунда», «звёздная секунда» не должны использоваться.

2. Сутки как период вращения Земли вокруг оси

Дать определение такому употреблению слова «сутки» несколько сложнее. Причин тому много.

Во-первых, ось вращения Земли, или, выражаясь научно, вектор её угловой скорости, не сохраняет постоянного направления в пространстве. Это явление носит название прецессии и нутации. Во-вторых, сама Земля не сохраняет постоянной ориентировки относительно вектора её угловой скорости. Это явление называется движением полюсов. Поэтому радиус-вектор (отрезок от центра Земли до точки на поверхности) наблюдателя на поверхности Земли не вернётся через один оборот (и вообще никогда) к прежнему направлению. В-третьих, скорость вращения Земли, т.е. абсолютная величина вектора угловой скрости, тоже не остаётся постоянной. Так что, строго говоря, определённого периода вращения Земли не существует. Но с определённой степенью точности, несколько миллисекунд, можно говорить о периоде вращения Земли вокруг оси.

Кроме того, надо указать направление, относительно которого мы будем отсчитывать обороты Земли. Таких направлений в астрономии сейчас используется три. Это направление на точку весеннего равноденствия, на Солнце и небесное эфемеридное начало.

Период вращения Земли относительно точки весеннего равноденствия называется звёздными сутками. Он равен 23 h 56 m 04.0905308 s . Обратите внимание, что звёздные сутки — это период относительно точки весны, а не звёзд.

Точка весеннего равноденствия сама совершает сложное движение на небесной сфере, поэтому это число следует понимать как среднее значение. Вместо этой точки Международный астрономический союз предложил использовать «небесное эфемеридное начало». Мы не будем давать его определения (оно довольно сложно). Оно выбрано так, чтобы период вращения Земли относительно него был близок к периоду относительно инерциальной системы отсчёта, т.е. относительно звёзд или точнее, внегалактических объектов. Угол поворота Земли относительного этого направления называется звёздным углом. Он равен 23 h 56 m 04.0989036 s , чуть больше звёздных суток на величину, на которую точка весны смещается на небе из-за прецессии за сутки.

Наконец, рассмотрим вращение Земли относительно Солнца. Это самый сложный случай, поскольку Солнце движется на небе не по экватору, а по эклиптике и притом неравномерно. Но эти солнечные сутки, очевидно, и самые важные для людей. Исторически сложилось так, что атомная секунда была подогнана под период вращения Земли относительно Солнца, причём осреднение было сделано приблизительно за 19 век. Этот период равен 86400 единиц времени, которые назывались средними солнечными секундами. Подгонка произошла в два приёма: сначала было введено «эфемеридное время» и «эфемеридная секунда», а затем атомная секунда была положена равной эфемеридной секунде. Таким образом, атомная секунда всё-таки «происходит от Солнца», но атомные часы в миллион раз точнее, чем «земные часы».

Период вращения Земли не остаётся постоянным. Причин для этого много. Это и сезонные изменения в распределении температуры и давления воздуха по земному шару, и внутренние процессы, и внешние воздействия. Различают вековое замедление, декадные (в течение десятилетий) неравномерности, сезонные и внезапные. На рис. 1 и 2 приведены графики, показывающие изменение продолжительности суток в 1700-2000 гг. и в 2000-2006 гг. На рис. 1 прослеживается тенденция к увеличению суток, а на рис. 2 — сезонная неравномерность. Графики основаны на материалах Международной службы вращения Земли и опорных систем (International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS, http://www.iers.org/).

Нельзя ли вернуть основу измерения времени в астрономию и стоит ли это делать? Такая возможность существует. Это пульсары, периоды вращения которых сохраняются с большой точностью. Кроме того, их известно много. Не исключено, что на больших промежутках времени, например, десятилетиях, наблюдения пульсаров послужат уточнению атомного времени и будет создана шкала «пульсарного времени».

Изучение неравномерности вращения Земли очень важно для практики и интересно с научной точки зрения. Например, спутниковая навигация невозможна без знания вращения Земли. А его особенности несут информацию о внутреннем строении Земли. Эта сложная проблема ждёт своих исследователей.

Рис. 1. Отличие периода вращения Земли от 86400 с СИ, в миллисекундах. Данные до начала 20 в. не очень надёжны, но тенденция к увеличению продолжительности суток видна отчётливо.

Рис. 2. Изменение длительности суток в 2000-2006 гг. График показывает отличие периода вращения Земли от 86400 с (секунд СИ), в миллисекундах. Хорошо видна сезонная неравномерность.

Рис. 3. Радиотелескоп недалеко от Калязина. Инструменты такого типа используются для исследования вращения Земли.

Что такое месяц?

Казалось бы, понятие месяца знакомо всем, однако не многие люди способны ответить на вопрос, что такое месяц. Рассмотрим понятие месяца как единицу измерения времени.

Что называют месяцем

Под месяцем подразумевается полный оборот луны вокруг Земли. Считается, что эта единица измерения возникла много тысяч лет назад, еще задолго до рождества Иисуса Христа. В астрономии существует несколько видов месяцев.

• Первый месяц — синодический. Он представляет собой промежуток времени между одинаковыми фазами Луны, составляет приблизительно 29,5 суток.
• Так называемый звездный месяц также является промежутком времени, в который входит полный оборот Луны вокруг Земли при видимом перемещении луны на небесной сфере. Продолжительность звездного месяца достигает 27 суток.
• В тропическом месяце период оборота Луны вокруг Земли отсчитывается по долготе. Из-за особенности земной оси тропический месяц короче, чем звездный. Данная особенность называется прецессией земной оси. Тропический месяц составляет также приблизительно 27 суток.

Что такое календарный месяц

Под календарным месяцем понимается промежуток времени с первого числа по последнее число конкретного месяца. Отметим, что календарный месяц зачастую не имеет отношения к астрономическим месяцам, однако его происхождение напрямую связано с астрономическими наблюдениями. В частности, современные календарные месяцы произошли из лунных и солнечно-лунных календарей, которые активно используются в индуизме, китайских календарях, у мусульман и евреев. В этих календарях число дней в месяце колеблется от 29 до 30.

История календаря

Однако родоначальником календарных месяцев традиционно принято считать Юлия Цезаря. До него древние римляне тоже использовали свой календарь, однако изначально месяцев в нем было не 12, а 10. Названиями месяцев были числительные. Затем названия месяцев изменили на имена богов, например, январь был назван так в честь двуликого бога Януса, февраль – в честь бога подземного царства Фебруса.

Во многом древнеримский календарь определяли суеверия. Изначально он состоял из 304 дней, но римляне стремились подогнать его под древнегреческий календарь, в котором состояло 354 дня. Однако четные числа считались у римлян несчастливыми, поэтому к календарю нужно было добавить еще один день, таким образом, календарь стал 12-месячным. Однако в обращении он был крайне неудобен, по нему было трудно предсказать погодные явления, а, следовательно, и подготовку к урожаю.

Как был придуман Юлианский календарь

В связи с этим римский государственный деятель Юлий Цезарь предпринял попытку осуществить реформу календаря. Побывав в Египте, он посчитал, что египетский календарь намного лучше римского. После своего визита в Египет он поручил астрономам модифицировать римский календарь. Процессом создания юлианского календаря руководил астроном Созиген, однако римский сенат, прежде всего, благодарил за создание нового календаря именно Юлия Цезаря. В честь него был даже назван месяц июль.

Совершенствование календаря

Отметим, что юлианский календарь совершенствовался длительное время. Изначально в данном календаре не было чисел, дни распределялись по нонам, календам и канунам. Очевидно, что такая система исчисления месяцев была очень трудна для понимания. Она порождала массу споров, особенно в военных делах. Например, чтобы сказать дату 15-го июля говорили «17 день от июльских календ», 9 мая называлось «7 день от майских ид». Конечно же, многих это запутывало и даже летописцы порой не могли объяснить значение понятий. А в военном деле важно было действовать быстро и уметь планировать тактику как можно лучше. Поэтому о сохранении такой системы не могло быть и речи. И поскольку Юлий Цезарь был полководцем, пользующимся большим уважением сената, он сумел провести и другие реформы календаря, которые успешно прижились и у гражданского населения, и у военных.

Таким образом, юлианский календарь претерпел серьезные изменения, однако общие его черты сохранились, и по сей день множество стран использует его. При этом следует отметить, что юлианский календарь не является точным. Он отстает от тропического года на 11 минут 14 секунд, с точки зрения летоисчисления это 128 лет на одни сутки. Однако главное его преимущество перед другими календарями — это простота в обращении.

Если вы не поняли, почему в году насчитывается 12 месяцев, советуем ознакомиться со статьей Что такое год.

А солнце вращается? если да то какова продолжительность суток на нем?

Астрономам давно известно, что Солнце вращается вокруг оси. Это видно хотя бы по перемещению солнечных пятен. Но наблюдать за этим вращением трудно, потому что Солнце — не твердое тело, а газ (вернее, плазма). Выяснено, что скорость вращения Солнца (угловая) меняется в зависимости как от широты, так и от глубины. Потому что в поверхностных слоях происходит интенсивная циркуляция вещества. Как показали наблюдения астрономов, максимальная линейная скорость вращения Солнца (понятно, что она наблюдается на экваторе; кстати, если бы Солнце не вращалось, у него не было бы экватора!) составляет 2 км/с. Зная размеры Солнца, легко посчитать, что сутки там составляют 25 земных суток. Ближе к полюсам скорость вращения замедляется, а солнечные сутки удлиняются — до 36 земных суток. В средних широтах — 27 земных суток. Именно отсюда появляется 27-дневная цикличность некоторых процессов на Солнце, которые отражаются на Земле.

Астрономический год

Тропический год (также известный как солнечный год) в общем смысле — это отрезок времени, за который Солнце завершает один цикл смены времён года, как это видно с Земли, например, время от одного весеннего равноденствия до следующего, или от одного дня летнего солнцестояния до другого. Со времён античности астрономы постепенно совершенствовали определение тропического года и в настоящее время определяют его как время, необходимое для того, чтобы средняя тропическая долгота Солнца (продольная позиция вдоль эклиптики относительно положения на весеннее равноденствие) увеличилась на 360 градусов (то есть, чтобы завершился один полный сезонный цикл) [1] .

Содержание

Продолжительность тропического года

По определению, тропический год — это время, необходимое для того, чтобы Солнце, начав своё движение от выбранной эклиптической долготы, завершило один полный цикл времён года и возвратилось к той же самой эклиптической долготе. Прежде чем рассматривать пример, следует уточнить понятие равноденствия. При выполнении расчётов в солнечной системе используются две важные плоскости: плоскость эклиптики (орбиты Земли вокруг Солнца), и плоскость небесного экватора (проекции экватора Земли в пространстве). Эти плоскости имеют линию пересечения. Направление вдоль этой линии пересечения от Земли в сторону созвездия Рыб — это мартовское равноденствие, которое обозначается символом ♈ (символ похож на бараньи рога и является символом созвездия Овна, где находилась точка равноденствия в далеком прошлом). Противоположное направление вдоль линии в сторону созвездия Девы является сентябрьским равноденствием и обозначается символом ♎ (опять же, символ относится к созвездию Весы, в котором точка равноденствия была в древности). Из-за прецессии и нутации земной оси эти направления изменяются по сравнению с направлением на далекие звёзды и галактики, направления на которые не имеют заметного сдвига из-за большого расстояния до этих объектов (см. Международная небесная система отсчета).

Эклиптическая долгота Солнца — это угол между ♈ и Солнцем, измеренный в восточном направлении вдоль эклиптики. Его измерение сопряжено с определёнными трудностями, поскольку Солнце движется, и направление, относительно которого измеряется угол, тоже движется. Для такого измерения удобно иметь фиксированное (по отношению к далеким звёздам) направление. В качестве такого направления выбрано направление ♈ в полдень 1 января 2000, оно обозначается символом ♈.

С использованием такого определения, было зафиксировано весеннее равноденствие 20 марта 2009 года в 11:44:43,6. Следующее равноденствие было 20 марта 2010 года в 17:33:18,1, что даёт продолжительность тропического года в 365 дней 5 часов 48 минут 34,5 секунд. Солнце и ♈ движутся в противоположных направлениях. Когда Солнце и ♈ встретились в марте 2010 в точке равноденствия, Солнце прошло в восточном направлении угол 359° 59′ 09″, а ♈ сдвинулось в западном направлении на 51″, что в сумме составляет 360° (всё по отношению к ♈).

Если в качестве точки отсчёта выбрать другую эклиптическую долготу Солнца, продолжительность тропического года будет уже отличаться. Это связано с тем, что, хотя изменение ♈ происходит с почти постоянной скоростью [2] , но существуют значительные вариации угловой скорости движения Солнца. Таким образом, те 50 угловых секунд, или около того, которые Солнце не проходит по эклиптике за полный тропический год, «сохраняют» различное количество времени в зависимости от положения на орбите.

Средняя продолжительность тропического года по весеннему равноденствию

Как уже упоминалось выше, продолжительность тропического года зависит от выбора точки отсчёта. Астрономы не сразу пришли к единой методике, но чаще всего выбирали в качестве точки отсчёта одно из равноденствий, потому что погрешность в эти периоды оказывается минимальной. При сравнении измерений тропического года за несколько последовательных лет обнаружены различия, связанные с нутацией и планетарными возмущениями, действующими на Солнце. Меёс и Савой в работе [1] приводят следующие примеры интервалов между весенними равноденствиями:

До начала XIX века продолжительность тропического года определялась путём сравнения дат равноденствия за большой промежуток времени. Этот подход позволил вычислить среднюю продолжительность тропического года [1] .

Сравнение значений средних интервалов времени между равноденствиями и солнцестояниями за астрономический 0 год (1 год до н. э. по традиционному счету) и 2000 год представлено [1] в таблице:

Текущее значение средней продолжительности тропического года

Средняя продолжительность тропического года с 1 января 2000 года составляет 365,2421897 дней или 365 дней 5 часов 48 минут 45,19 секунды. Эта величина меняется довольно медленно. Выражение, подходящее для вычисления продолжительности тропического года в далёком прошлом:

365,242 189 669 8 − 6,153 59 ⋅ 10 − 6 ⋅ T − 7 , 29 ⋅ 10 − 10 ⋅ T 2 + 2.64 ⋅ 10 − 10 ⋅ T 3 242\ 189\ 669\ 8-6153\ 59\cdot 10^\cdot T-729\cdot 10^\cdot T^+2.64\cdot 10^\cdot T^>

где Т — время в юлианских столетиях (1 юлианское столетие равно в точности 36 525 дней), отсчитываемое от полудня 1 января 2000 года [3] [4]

Вариации продолжительности тропического года

При невозмущенном (кеплеровском) движении Земли продолжительность тропического года была бы величиной постоянной во времени. Однако реальное орбитальное движение Земли является возмущенным [5] . Следствием возмущенного движения Земли являются межгодовые вариации продолжительности тропического года. Как показывают исследования [6] , эти вариации являются периодическими, так как связаны с периодическими возмущениями орбитального движения Земли ближайшими небесными телами. Основным периодом в вариациях является трёхлетний цикл со средней амплитудой 0,006659 суток (9 минут 35 секунд). Этот цикл, как правило, через каждые 8 или 11 лет чередуется с двухлетним циклом, средняя амплитуда которого составляет 0,004676 суток (6 минут 44 секунды). двух- и трёхлетняя периодичность объясняется соизмеримостью в орбитальном движении Земли и ближайших планет — Марса (орбитальный резонанс 2:1) и Венеры (3:5). В своем чередовании двух- и трёхлетние циклы образуют серии продолжительностью в 8 (2+3+3) и 11 (2+3+3+3) лет, которые соответствуют фазам 19-летнего нутационного цикла [7] .

Календарный год

Григорианский календарь, который используется для гражданских целей, является международным стандартом. Это солнечный календарь (он изобретён для поддержания синхронности с тропическим годом). Он имеет периодичность в 400 лет (146 097 дней). В каждом периоде полностью повторяются месяцы, даты и дни недели. Средняя продолжительность календарного года: 146 097 / 400 = 365,2425 дней, что даёт хорошее приближение к тропическому году.

Григорианский календарь представляет собой улучшенный вариант юлианского календаря. Ко времени проведения реформы в 1582 году дата весеннего равноденствия сместилась примерно на 10 дней, с 21 марта — в период Первого Никейского собора в 325 году — на 11 марта. Истинная мотивация реформ заключалась, в первую очередь, не в вопросе возвращения сельскохозяйственных циклов туда, где они когда-то были в сезонном цикле, главной заботой христиан было правильное соблюдение Пасхи. Правила, используемые для вычисления даты Пасхи, использовали обычную дату весеннего равноденствия (21 марта), и было сочтено важным, чтобы сохранить 21 марта недалеко от фактического равноденствия [8] .

Если общество в будущем будет по-прежнему придавать важное значение синхронизации между гражданским календарём и сезонами, в конечном итоге потребуется новая реформа календаря. Если тропический год будет иметь значение 1900 года в 365,242199 дней, то григорианский календарь за 10 000 лет отстанет от него приблизительно на 3 дня 17 мин. 33 сек. Увеличивая эту ошибку, продолжительность тропического года (измеренная в земном времени) уменьшается со скоростью примерно 0,53 с за 100 тропических лет. Кроме того, средние солнечные сутки увеличиваются на 1,5 мс за 100 тропических лет. Эти эффекты вызовут сдвиг календаря на 1 день за 3200 лет. Предлагаемые различные варианты дальнейшего совершенствования календаря пока не представляются актуальными [9] . Кроме того, поскольку григорианская реформа имела целью синхронизацию календаря не с сезонами, а с весенним равноденствием, то и точность календаря следует оценивать не по продолжительности среднего тропического года, а по продолжительности года весеннего равноденствия. И, как следует из таблицы, приведённой выше, с этой задачей григорианский календарь справляется в наше время настолько хорошо, что ошибка в один день набежит не ранее чем через 10 000 лет [10] [11] .

Главные единицы измерения времени: сутки, месяц, год

Люди очень рано начали использовать астрономические явления для измерения времени. Намного позднее они поняли, что основные единицы такого измерения не могут быть установлены произвольно, так как зависят от определенных астрономических закономерностей.

Одной из первых единиц измерения времени, естественно, были сутки, т. е. то время, в течение которого Солнце, появившись на небосклоне, «обходит» Землю и вновь появляется в первоначальной -точке. Деление суток на две части — дневную и ночную облегчало фиксацию этого отрезка времени. У разных народов время смены суток связывалось со сменой дня и ночи. Русское слово «сутки» происходит от древнего «сутыкать», т. е. соединять две частив целое, в данном случае соединять ночь и день, свет и тьму. В древности началом суток часто считался восход Солнца (культ Солнца), у мусульман— заход Солнца (культ Луны), в наше время наиболее распространенной границей между сутками служит полночь, т. е. время, условно соответствующее нижней кульминации Солнца на данной территории.

Вращение Земли вокруг своей оси происходит равномерно, однако целый ряд причин затрудняют выбор критерия для точного определения суток. Поэтому существуют понятия: звездные сутки, истинные солнечные и средние солнечные сутки.

Звездные сутки определяются промежутком времени между двумя последовательными верхними кульминациями одной звезды. Их величина служит эталоном для измерения так называемого звездного времени, имеются соответственно и производные звездных суток (часы, минуты, секунды) и специальные звездные часы, без которых не обходится ни одна обсерватория в мире. Астрономии необходимо учитывать звездное время.

Обычный распорядок жизни тесно связан с другими, солнечными сутками, с солнечным временем. Солнечные сутки измеряются отрезком времени между последовательными верхними кульминациями Солнца. Продолжительность солнечных суток превышает звездные в среднем на 4 минуть Кроме того, солнечные сутки из-за неравномерности движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца имеют переменную величину. Пользоваться ими в быту неудобно. Поэтому за эталон приняты абстрактные средние солнечные сутки, определяемые расчетным равномерным движением воображаемой точки («среднего Солнца») по небесному экватору вокруг Земли со средней скоростью движения истинного Солнца по эклиптике.

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями такого «среднего Солнца» называется средними солнечными сутками.

Все часы в повседневной жизни отрегулированы по среднему времени, среднее время лежит и в основе современных календарей. Среднее солнечное время, отсчитываемое от полуночи, называется гражданским временем.

В результате наклона эклиптики по отношению к плоскости небесного экватора и наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости Земной орбиты продолжительность дня и ночи в течение года меняется. Только в период весеннего и осеннего равноденствий на всем земном шаре день равен ночи. В остальное время высота кульминаций Солнца ежедневно меняется, достигая для северного полушария максимума в период летнего солнцестояния и минимума в период зимнего солнцестояния.

Средние солнечные сутки, так же как и звездные, делятся на 24 часа, в каждом из которых по 60 минут, в минутах 60 секунд.

Более дробное деление суток впервые возникло в Древнем Вавилоне и основано на шестидесятиричной системе счетаВолодомонов Н. Календарь: прошлое, настоящее, будущее. Стр. 88.

Поскольку сутки — сравнительно короткий промежуток времени, постепенно вырабатывались более крупные единицы его измерения. На первых порах счет велся с помощью пальцев. В результате этого появились такие единицы измерения времени, как десятидневки (декады) и двадцатидневки. Позднее утвердился счет, основанный на астрономических явлениях. За единицу измерения времени был принят промежуток между двумя одинаковыми фазами Луны. Так как легче всего было заметить появление после безлунных ночей узкого лунного серпа, этот момент было принято считать за начало нового месяца. Греки называли его неоменией, т. е. новолунием. Сутки, в течение которых наблюдался первый заход молодой Луны, считались началом календарного месяца у народов, ведущих счет по лунному календарю. Для хронологических расчетов важен промежуток времени, отделяющий истинное новолуние от неомении. В среднем он равен 36 часам.

Средняя продолжительность синодического месяца равна 29 дням, 12 часам, 44 минутам и 3 секундам. В практике построения календарей использовалась продолжительность в 29,5 суток, а набегавшая разница устранялась специальным введением дополнительных дней.

Месяцы солнечного календаря не связаны с фазами Луны, поэтому их продолжительность была произвольной (от 22 до 40 суток), но в среднем была близка (30—31 сутки) к продолжительности синодического месяца. Это обстоятельство до некоторой степени способствовало сохранению счета суток неделями. Семидневный отрезок времени (неделя) возник не только из-за почитания семерки богов, соответствовавших семи блуждающим небесным телам, но и потому, что семь суток составляли приблизительно четвертую часть лунного месяца.

Принятое в большинстве календарей количество месяцев в году (двенадцать) связано с двенадцатью зодиакальными созвездиями эклиптики. В названиях месяцев часто прослеживается их связь с определенными временами года, с более крупными единицами времени — сезонами.

Третья основная единица измерения времени (год) была менее ощутима, особенно в землях, лежащих ближе к экватору, где нет большой разницы между сезонами. Величина солнечного года, т. е. промежутка времени, за которое Земля совершает оборот вокруг Солнца, была с достаточной точностью рассчитана в Древнем Египте, где сезонные изменения природы имели исключительное значение в хозяйственной жизни страны. «Необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала египетскую астрономию».

Постепенно была определена величина так называемого тропического года, т. е. промежутка времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Для современных расчетов используется продолжительность года в 365 суток, 5 часов, 48 минут и 46 секунд.

В некоторых календарях счет лет идет по лунным годам, связанным с определенным количеством лунных месяцев и не имеющим отношения к тропическому году.

В современной практике широко применяется деление года не только на месяцы, но и на полугодия (6 месяцев) и кварталы (3 месяца).

Продолжительность суток

1. Сутки как единица времени

Прежде всего напомним, что единицей времени в астрономии, как и в других науках, является секунда международной системы единиц СИ — атомная секунда. Приведём определение секунды, как оно дано 13-й Генеральной конференцией мер и весов в 1967 г.:

секунда — это продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения атома цезия 133, испускаемого им при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния (см. страницу Международного бюро мер и весов, там же приводятся некоторые уточнения).

Если слово «сутки» используется для обозначения единицы времени, оно должно пониматься как 86400 атомных секунд. В астрономии употребляются и более крупные единицы времени: юлианский год — 365.25 суток точно, юлианское столетие — 36525 суток точно. Международный астрономический союз (общественная организация астрономов) в 1976 г. рекомендовал астрономам использовать именно такие единицы времени. Основная шкала времени, Международное атомное время (Time Atomic International, TAI), строится на основе показаний множества атомных часов в разных странах. Следовательно, с формальной точки зрения, основа измерения времени ушла из астрономии. Старые единицы «средняя солнечная секунда», «звёздная секунда» не должны использоваться.

2. Сутки как период вращения Земли вокруг оси

Дать определение такому употреблению слова «сутки» несколько сложнее. Причин тому много.

Во-первых, ось вращения Земли, или, выражаясь научно, вектор её угловой скорости, не сохраняет постоянного направления в пространстве. Это явление носит название прецессии и нутации. Во-вторых, сама Земля не сохраняет постоянной ориентировки относительно вектора её угловой скорости. Это явление называется движением полюсов. Поэтому радиус-вектор (отрезок от центра Земли до точки на поверхности) наблюдателя на поверхности Земли не вернётся через один оборот (и вообще никогда) к прежнему направлению. В-третьих, скорость вращения Земли, т.е. абсолютная величина вектора угловой скрости, тоже не остаётся постоянной. Так что, строго говоря, определённого периода вращения Земли не существует. Но с определённой степенью точности, несколько миллисекунд, можно говорить о периоде вращения Земли вокруг оси.

Кроме того, надо указать направление, относительно которого мы будем отсчитывать обороты Земли. Таких направлений в астрономии сейчас используется три. Это направление на точку весеннего равноденствия, на Солнце и небесное эфемеридное начало.

Период вращения Земли относительно точки весеннего равноденствия называется звёздными сутками. Он равен 23h 56m 04.0905308s. Обратите внимание, что звёздные сутки — это период относительно точки весны, а не звёзд.

Точка весеннего равноденствия сама совершает сложное движение на небесной сфере, поэтому это число следует понимать как среднее значение. Вместо этой точки Международный астрономический союз предложил использовать «небесное эфемеридное начало». Мы не будем давать его определения (оно довольно сложно). Оно выбрано так, чтобы период вращения Земли относительно него был близок к периоду относительно инерциальной системы отсчёта, т.е. относительно звёзд или точнее, внегалактических объектов. Угол поворота Земли относительного этого направления называется звёздным углом. Он равен 23h 56m 04.0989036s, чуть больше звёздных суток на величину, на которую точка весны смещается на небе из-за прецессии за сутки.

Наконец, рассмотрим вращение Земли относительно Солнца. Это самый сложный случай, поскольку Солнце движется на небе не по экватору, а по эклиптике и притом неравномерно. Но эти солнечные сутки, очевидно, и самые важные для людей. Исторически сложилось так, что атомная секунда была подогнана под период вращения Земли относительно Солнца, причём осреднение было сделано приблизительно за 19 век. Этот период равен 86400 единиц времени, которые назывались средними солнечными секундами. Подгонка произошла в два приёма: сначала было введено «эфемеридное время» и «эфемеридная секунда», а затем атомная секунда была положена равной эфемеридной секунде. Таким образом, атомная секунда всё-таки «происходит от Солнца», но атомные часы в миллион раз точнее, чем «земные часы».

Период вращения Земли не остаётся постоянным. Причин для этого много. Это и сезонные изменения в распределении температуры и давления воздуха по земному шару, и внутренние процессы, и внешние воздействия. Различают вековое замедление, декадные (в течение десятилетий) неравномерности, сезонные и внезапные. На рис. 1 и 2 приведены графики, показывающие изменение продолжительности суток в 1700-2000 гг. и в 2000-2006 гг. На рис. 1 прослеживается тенденция к увеличению суток, а на рис. 2 — сезонная неравномерность. Графики основаны на материалах Международной службы вращения Земли и опорных систем (International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS).

Нельзя ли вернуть основу измерения времени в астрономию и стоит ли это делать? Такая возможность существует. Это пульсары, периоды вращения которых сохраняются с большой точностью. Кроме того, их известно много. Не исключено, что на больших промежутках времени, например, десятилетиях, наблюдения пульсаров послужат уточнению атомного времени и будет создана шкала «пульсарного времени».

Изучение неравномерности вращения Земли очень важно для практики и интересно с научной точки зрения. Например, спутниковая навигация невозможна без знания вращения Земли. А его особенности несут информацию о внутреннем строении Земли. Эта сложная проблема ждёт своих исследователей.

Время суток. Смена дня и ночи на Земле

Скажите пожалуйста, куда выходят окна вашего дома?

Будит ли вас солнце по утрам, пробиваясь лучами в окно?

Или солнце провожает вечер ласковыми лучами, мягко отражаясь в окнах вашего дома?

Конечно, знакомая нам картина восхода и захода солнца зависит от того, на какую сторону выходят окна нашего дома. Если не брать во внимание, пасмурную погоду когда солнца попросту не видно, то встреча солнца на рассвете и провожание его на закате происходит регулярно два раза в сутки — утром и вечером.

Пример: Проведите по картинке мышкой слева направо.

Немного сложновато?
Тогда сюда: Время суток для детей +3 до>7

Что такое время суток.

Сутки — это цикл времени, в течении которого солнце поднимаясь с востока проходит по небосклону и заходит на западе, затем, когда на нашей половине земли наступает ночь, солнце проходит оборот с другой части планеты и вновь восходит со стороны востока .

Сутки длятся ровно 24 часа. Каждый час состоит из 60 минут. Каждая минута из 60 секунд. Соответственно, сутки = 24 часа = 1440 минут = 86 400 секунд. Для удобства обозначения времени применяют два формата:

• 12-ти часовой формат времени — время до полудня от 0 часов 00 минут до 11 часов 59 минут (a.m.) и послеполуденное время от 12 часов 00 минут до 11 часов 59 минут (p.m.). такой формат времени установлен в Англии, Ирландии, Франции, Греции, Турции, также применяется Австралии, Канаде, США и на Филиппинах.
• 24 часовой формат времени — от 0 часов 00 минут до 23 часов 59 минут. Наиболее распространенный формат времени применяемый в России и во многих других странах мира.

Как происходит смена дня и ночи на земле

Помимо вращения земли вокруг солнца (календарный год) земной шар вращается вокруг своей оси. Полный оборот вокруг своей оси происходит за 24 часа, которые называют сутками.

При этом находясь на поверхности Земли мы не ощущаем движения земного шара, а лишь можем наблюдать его, исходя из видимого перемещения солнца, звезд, относительно Земли.

Условно, время суток делится на несколько частей:

• Утро — начинается с рассвета неба на его восточной части и восхода солнца из-за горизонта.
• День — движение солнца по небосклону с востока на запад.
• Вечер — заход солнца на западе неба и постепенно утихающие цвета заката.
• Ночь — темное время суток. В это время солнце проходит с другой стороны земного шара относительно нас.

Так как Земля состоит из континентов, находящихся по обе стороны земного шара, то время суток в кажой части Земли разное. Так если Нью-Йорке еще длится ночь, то в Лондоне уже наступило утро, в Москве разгар дня полдень, а в Петропавловск-Камчатском уже вечер.

Что интересно, еще недавно считалось, что движение земного шара вокруг оси равномерно, однако, позже ученые высчитали неточности и оказалось, что неравномерность во вращении все же присутствует. Эти неравномерности связаны с небольшим колебанием земного шара при вращении (условно покачивание Земли, в терминологии — нутация), но эти изменения столь малы (менее 0.001 с), что в составлении календаря не учитываются.

Изменение времени суток

Смену дня и ночи пробовало запечатлеть немало фотографов. делая много снимков подряд из одного положения можно было проследить плавное перемещение солнца по небу, увидеть движение звезд, получить прекрасные видео ролики восхода и захода солнца. Особенности цейтраферной съемки, это когда фотокамера установленная на штатив в неподвижном положении в течении длительного промежутка делает ряд фотоснимков с определенными промежутками времени.

Если длительность суток постоянна, то продолжительность составных частей времени суток меняется в зависимости от времени года. Это связанно с наклоном земли и движением вокруг солнца по эллипсовидной траектории. Так летом световой день длится дольше ночи, а зимой наоборот, ночь длиннее дня.

При этом в разных частях земного шара длительность дня и ночи разная. Например, в Крыму летом вечереет быстро, ночь темная, а в Санкт-Петербурге июнь славен «белыми ночами», солнце недалеко садится за линию горизонта и поэтому ночи кажутся светлыми.

Разное время суток и выглядит и воспринимается по разному. Это связанно и с биологическими (внутренними) часами по которым человек привык жить (день — бодрствование, ночь — сон) и с разнообразием контраста цвета, а также с настроением. К утру прибавляется сил, день проходит в учебе, делах, работе, а вечер усталость, постепенный отход от дел, отдых и сон.

Смена времени суток была нарисована художником Николаем Петровичем Крымовым в учебном пейзаже под названием «Изменение в пейзаже по тону и цвету в разное время суток».

Для пейзажа был выбран несложный мотив — домик у леса, диагонально ведущая тропинка, придающая объем картине, поле и небо, иногда в поле зрения попадали проходившие по тропинке люди, что придавало картине живость. Пейзаж был запечатлен 9 раз в разное время суток, где художник наглядно показал, как изменяется пейзаж, цвета и краски на рассвете утром, при перемещении тени от солнца днем, при закате вечером и ночью.

Под ритм смены времени суток подстраивается весь растительный и живой мир природы. Утром растения распускаются, вечером бутоны закрываются. Под смену времени суток подстраивается и мир человека. Наиболее распространенный график работы, расписание уроков, работа образовательных учреждений и развлекательных центров и даже программа радио и телевидения составляется в зависимости от времени суток.

Сутки — единица измерения времени. За промежуток времени равный одни суткам считается период от одного восхода солнца до следующего.

Согласно международной системе единиц СИ сутки делятся на 24 часа, равные 1440 минутам или 86400 секундам. Сутки группируются: по 7, создавая неделю; примерно по 30 (или 4 недели), создавая месяц; по 365 (или 366), создавая год. Сутки могут длиться менее или более 24 часов в регионе, если этот регион делает переход с летнего времени на зимнее и наоборот, таким образом сутки сокращаются или увеличиваются на час. В бытовом применении зачастую взамен суток используется понятие дня, как части суток, которая не включает в себя ночь. Жизненные модели человека и многих других видов организмов связаны с солнечным днем Земли и циклом дня и ночи.

Начало и конец суток может быть различным в зависимости от сферы применения. Астрономические или календарные сутки начинаются в 12:00 одного дня и длятся до 12:00 следующего. Гостиничные сутки (единица измерения продолжительности проживания в отеле, для исчисления размера оплаты услуг) начинаются и заканчиваются соответственно в 12:00. С астрономической точки зрения земные сутки являются одним полным оборотом Земли вокруг своей оси. Разные планеты делают вращения вокруг своей оси за разный промежуток времени, поэтому сутки на этих космических телах будут отличаться по длине.