Звездное и солнечное время причины их отличия. Звездное и солнечное время. Направление движения и скорости вращения
Звёздные су́тки - период вращения какого-либо небесного тела вокруг собственной оси в инерциальной системе отсчёта , за которую обычно принимается система отсчёта, связанная с удалёнными звёздами. Для Земли это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам.
На 2000-й год звёздные сутки на Земле равны 23 ч 56 мин 4,090530833 сек = 86164,090530833 с.
Звёздные сутки делятся на звёздные часы, минуты и секунды. Звёздные сутки на 3 мин 56 с. короче средних солнечных суток , звёздный час короче общепринятого на 9.86 с. Как единица времени употребляются в редких случаях при организации астрономических наблюдений.
Часовой угол точки весеннего равноденствия равен нулю в момент её верхней кульминации. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы (так называемые звёздные сутки, или «24 часа звёздного времени») происходит за 23 час 56 мин 04 сек. среднего солнечного времени. В году содержится звёздных суток ровно на один больше, чем средних солнечных. Продолжительность звёздных суток слегка меняется вследствие нутации и движения полюсов (то есть покачивания Земли относительно её оси вращения), а также из-за неравномерности вращения Земли вокруг оси. Эти изменения составляют менее 0.001 с.
Можно выделить более мелкие периоды звёздных суток:
- Звёздный час астрономии и равная 1/24 от звёздных суток. За звёздный час Земля поворачивается на 15° относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздный час равен 0 ч 59 мин 50,1704387847 сек.
- Звёздная минута - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздного часа. За звёздную минуту Земля поворачивается на 15′ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздная минута равна 0 ч 0 мин 59,8361739797451 сек.
- Звёздная секунда - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздной минуты. За звёздную секунду Земля поворачивается на 15″ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздная секунда равна 0 ч 0 мин 0,9972695663290856 сек.
Угловая скорость вращения Земли
Поскольку Земля относительно далёких звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта , делает полный оборот за звёздные, а не за солнечные сутки, то при вычислении угловой скорости вращения Земли следует брать именно эту величину:
Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файлtexvc не найден; См. math/README - справку по настройке.): \omega = \frac{2\pi}{T} \approx 7,2921158553 \cdot 10^{-5}
с −1 .
Знать угловую скорость вращения Земли бывает необходимо при расчёте сил инерции (центробежной , Кориолиса), что требуется при решении задач гидрологии , метеорологии , баллистики , а также космонавтики . Приняв период вращения Земли за 86400 секунд, мы сделаем ошибку в 0,3 %, что может стать решающим при ведении артиллерийской стрельбы и тем более при расчёте движения космических аппаратов.
См. также
| Сатурн | Это заготовка статьи по астрономии . Вы можете помочь проекту, дополнив её. |
|
||||||||||||||
Напишите отзыв о статье "Звёздные сутки"
Отрывок, характеризующий Звёздные сутки
– Я даю вам одну неделю, мадонна. Надеюсь, что вы всё же опомнитесь и пожалеете Анну. И себя... – и схватив мою дочь под руку, Караффа выскочил из комнаты.Я только сейчас вспомнила, что нужно дышать... Папа настолько ошарашил меня своим поведением, что я никак не могла опомниться и всё ждала, что вот-вот опять отворится дверь. Анна смертельно оскорбила его, и я была уверенна, что, отойдя от приступа злости, он обязательно это вспомнит. Бедная моя девочка!.. Её хрупкая, чистая жизнь висела на волоске, который мог легко оборваться по капризной воле Караффы...
Какое-то время я старалась ни о чём не думать, давая своему воспалённому мозгу хоть какую-то передышку. Казалось, не только Караффа, но вместе с ним и весь знакомый мне мир сошёл с ума... включая мою отважную дочь. Что ж, наши жизни продлились ещё на неделю... Можно ли было что-либо изменить? Во всяком случае, в данный момент в моей уставшей, пустой голове не было ни одной более или менее нормальной мысли. Я перестала что-либо чувствовать, перестала даже бояться. Думаю, именно так чувствовали себя люди, шедшие на смерть...
Могла ли я что-либо изменить за какие-то короткие семь дней, если не сумела найти «ключ» к Караффе за долгие четыре года?.. В моей семье никто никогда не верил в случайность... Потому надеяться, что что-либо неожиданно принесёт спасение – было бы желанием ребёнка. Я знала, что помощи ждать было неоткуда. Отец явно помочь не мог, если предлагал Анне забрать её сущность, в случае неудачи... Мэтэора тоже отказала... Мы были с ней одни, и помогать себе должны были только сами. Поэтому приходилось думать, стараясь до последнего не терять надежду, что в данной ситуации было почти что выше моих сил...
В комнате начал сгущаться воздух – появился Север. Я лишь улыбнулась ему, не испытывая при этом ни волнения, ни радости, так как знала – он не пришёл, чтобы помочь.
– Приветствую тебя, Север! Что привело тебя снова?.. – спокойно спросила я.
Он удивлёно на меня взглянул, будто не понимая моего спокойствия. Наверное, он не знал, что существует предел человеческого страдания, до которого очень трудно дойти... Но дойдя, даже самое страшное, становится безразличным, так как даже бояться не остаётся сил...
– Мне жаль, что не могу помочь тебе, Изидора. Могу ли я что-то для тебя сделать?
– Нет, Север. Не можешь. Но я буду рада, если ты побудешь со мною рядом... Мне приятно видеть тебя – грустно ответила я и чуть помолчав, добавила: – Мы получили одну неделю... Потом Караффа, вероятнее всего, заберёт наши короткие жизни. Скажи, неужели они стоят так мало?.. Неужели и мы уйдём так же просто, как ушла Магдалина? Неужели не найдётся никого, кто очистил бы от этой нелюди наш мир, Север?..
– Я не пришёл к тебе, чтобы отвечать на старые вопросы, друг мой... Но должен признаться – ты заставила меня передумать многое, Изидора... Заставила снова увидеть то, что я годами упорно старался забыть. И я согласен с тобою – мы не правы... Наша правда слишком «узка» и бесчеловечна. Она душит наши сердца... И мы, становимся слишком холодны, чтобы правильно судить происходящее. Магдалина была права, говоря, что наша Вера мертва... Как права и ты, Изидора.
Я стояла, остолбенело уставившись на него, не в силах поверить тому, что слышу!.. Был ли это тот самый, гордый и всегда правый Север, не допускавший какой-либо, даже малейшей критики в адрес его великих Учителей и его любимейшей Мэтэоры?!!
Я не спускала с него глаз, пытаясь проникнуть в его чистую, но намертво закрытую от всех, душу... Что изменило его столетиями устоявшееся мнение?!. Что подтолкнуло посмотреть на мир более человечно?..
– Знаю, я удивил тебя, – грустно улыбнулся Север. – Но даже то, что я открылся тебе, не изменит происходящего. Я не знаю, как уничтожить Караффу. Но это знает наш Белый Волхв. Хочешь ли пойти к нему ещё раз, Изидора?
Звёздные су́тки - период вращения какого-либо небесного тела вокруг собственной оси в инерциальной системе отсчёта , за которую обычно принимается система отсчёта, связанная с удалёнными звёздами. Для Земли это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам.
На 2000-й год звёздные сутки на Земле равны 23 ч 56 мин 4,090530833 сек = 86164,090530833 с [ ] .
Звёздные сутки делятся на звёздные часы, минуты и секунды. Звёздные сутки на 3 мин 56 с. короче средних солнечных суток , звёздный час короче общепринятого на 9.86 с. Как единица времени употребляются в редких случаях при организации астрономических наблюдений.
Часовой угол точки весеннего равноденствия равен нулю в момент её верхней кульминации. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы (так называемые звёздные сутки, или «24 часа звёздного времени») происходит за 23 час 56 мин 04 сек. среднего солнечного времени. В году содержится звёздных суток ровно на один больше, чем средних солнечных. Продолжительность звёздных суток слегка меняется вследствие нутации и движения полюсов (то есть покачивания Земли относительно её оси вращения), а также из-за неравномерности вращения Земли вокруг оси. Эти изменения составляют менее 0.001 с.
Можно выделить более мелкие периоды звёздных суток:
- Звёздный час астрономии и равная 1/24 от звёздных суток. За звёздный час Земля поворачивается на 15° относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздный час равен 0 ч 59 мин 50,1704387847 сек.
- Звёздная минута - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздного часа. За звёздную минуту Земля поворачивается на 15′ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздная минута равна 0 ч 0 мин 59,8361739797451 сек.
- Звёздная секунда - единица времени, употребляемая в астрономии и равная 1/60 от звёздной минуты. За звёздную секунду Земля поворачивается на 15″ относительно удалённых звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта . На 2000 год звёздная секунда равна 0 ч 0 мин 0,9972695663290856 сек.
Угловая скорость вращения Земли
Поскольку Земля относительно далёких звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта , делает полный оборот за звёздные, а не за солнечные сутки, то при вычислении угловой скорости вращения Земли следует брать именно эту величину:
ω = 2 π T ≈ 7 , 2921158553 ⋅ 10 − 5 {\displaystyle \omega ={\frac {2\pi }{T}}\approx 7,2921158553\cdot 10^{-5}} с −1 .Знать угловую скорость вращения Земли бывает необходимо при расчёте сил инерции (
На наблюдениях суточного вращения небесного свода и годичного движения Солнца, т.е. на вращении Земли вокруг оси и на обращении Земли вокруг Солнца, основано измерение времени.
Вращение Земли вокруг оси происходит почти равномерно, с периодом, равным периоду вращения небесного свода, который достаточно точно может быть определен из наблюдений. Поэтому по углу поворота Земли от некоторого начального положения можно судить о протекшем времени. За начальное положение Земли принимается момент прохождения плоскости земного меридиана места наблюдения через избранную точку на небе, или, что одно и то же, момент верхней (или нижней) кульминации этой точки на данном меридиане.
Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются: а) точка весеннего равноденствия; б) центр видимого диска Солнца (истинное Солнце); в) «среднее солнце» - фиктивная точка , положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.
Определяемые этими точками три различные единицы времени называются соответственно звездными, истинными солнечными и средними солнечными сутками , а время, ими измеряемое, - звездным, истинным солнечным и средним солнечным временем .
Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия.
3.2. Звездные сутки. Звездное время
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звездными сутками.
За начало звездных суток на данном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Угол, на который Земля повернется от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до какого-нибудь другого момента, равен часовому углу точки весеннего равноденствия в этот момент. Следовательно, звездное время s на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу точки весеннего равноденствия t , выраженному в часовой мере, т.е.
s = t 
.
(1.14)
Точка весеннего
равноденствия на небе ничем не отмечена.
Непосредственно измерить ее часовой
угол или заметить момент прохождения
ее через меридиан нельзя. Поэтому
практически для установления начала
звездных суток или звездного времени
в какой-либо момент надо измерить часовой
угол t какого-либо светила М, прямое
восхождение которого
известно (рис. 12).
Тогда, поскольку
t = Qm
=
m,
а часовой угол точки весеннего
равноденствия t 
= Q
и, по определению, равен звездному
времени s,
s = t 
=
+t,
(1.15)
т.е. звездное время в любой момент равно прямому восхождению какого-либо светила плюс его часовой угол.
В момент верхней кульминации светила его часовой угол t = 0, и тогда
s =
.
(1.16)
В момент нижней кульминации светила его часовой угол t = 12h, и звездное время
s =
+12h.
(1.17)
Измерение времени
звездными сутками и их долями наиболее
просто и поэтому весьма выгодно при
решении многих астрономических задач.
Но в повседневной жизни пользоваться
звездным временем крайне неудобно.
Повседневный распорядок жизни человека
связан с видимым положением Солнца над
горизонтом, с его восходом, кульминацией
и заходом, а не с положением фиктивной
точки весеннего равноденствия. А так
как взаимное расположение Солнца и
точки весеннего равноденствия в течение
года непрерывно меняется, то, например,
верхняя кульминация Солнца (полдень) в
разные дни года происходит в разные
моменты звездных суток. Действительно,
только раз в году, когда Солнце проходит
через точку весеннего равноденствия,
т.е. когда его прямое восхождение
= 0h, оно будет кульминировать вместе с
точкой весеннего равноденствия в
полдень, в 0h звездного времени. Через
одни звездные сутки точка весеннего
равноденствия снова будет находиться
в верхней кульминации, а Солнце придет
на меридиан приблизительно лишь через
4 минуты, так как за одни звездные сутки
оно сместится к востоку относительно
точки весеннего равноденствия почти
на 1°, и его прямое восхождение будет
уже равно
=0h4m.
Еще через одни звездные сутки прямое
восхождение Солнца снова увеличится
на 4m, т.е. полдень наступит уже приблизительно
в 0h8m по звездному времени и т.д. Таким
образом, звездное время кульминации
Солнца непрерывно растет, и полдень
наступает в различные моменты звездных
суток. Неудобство совершенно очевидное.
Время - важнейшая философская, научная и практическая категория. Выбор способа измерения времени интересовал человека с древнейших времен, когда практическая жизнь стала связываться с периодами обращения солнца и луны. Несмотря на то что первые часы — солнечные — появились за три с половиной тысячелетия до нашей эры, эта проблема остаётся достаточно сложной. Часто ответить на самый простой вопрос, с ней связанный, например "сколько в сутках часов", бывает не так просто.
История времяисчисления
Чередование светлого и темного времени суток, периодов сна и бодрствования, работы и отдыха стало означать для людей ход времени ещё в первобытные времена. Ежедневно солнце двигалось по небосклону днем, от восхода до заката, а луна - ночью. Логично, что период между одинаковыми фазами движения светил стал единицей времяисчисления. День и ночь постепенно сложились в сутки — понятие, определяющее смену даты. На их основе появились более краткие единицы времени - часы, минуты и секунды.
Впервые определять, сколько в сутках часов, стали в античные времена. Развитие познаний в астрономии привело к тому, что день и ночь стали делить на равные периоды, связанные с восходом к небесному экватору определенных созвездий. А шестидесятеричную систему счисления греки переняли от древних шумеров, которые считали её наиболее практичной.
Почему именно 60 минут и 24 часа?
Чтобы сосчитать что-либо, древний человек использовал то, что обычно всегда под рукой - пальцы. Отсюда берет начало десятеричная система счисления, принятая в большинстве стран. Другой способ, основанный на фалангах четырех пальцев раскрытой ладони левой руки, достиг расцвета в Египте и Вавилоне. В культуре и науке шумеров и других народов Междуречья священным стало число 60. Во многих случаях делить его без остатка позволяло наличие множество делителей, одним из которых является 12.
Математическое понятие того, сколько в сутках часов, берет начало в Древней Греции. Греки одно время учитывали в календаре только светлое время дня и разделили время от восхода до заката на двенадцать одинаковых интервалов. Затем они так же поступили с ночным временем, в результате получили 24-частное деление суток. Греческие ученые знали, что долгота дня в течение года меняется, поэтому долгое время существовали дневные и ночные часы, которые были одинаковы только в дни равноденствия.
От шумеров греки восприняли и деление окружности на 360 градусов, на основе которого была разработана система географических координат и деление часа на минуты (minuta prima (лат.) - "уменьшенная первая часть" (часа)) и секунды (secunda divisio (лат.) - "второе деление" (часа)).
Солнечные сутки
Смысл суток относительно взаимодействия небесных объектов - это отрезок времени, за который Земля делает полный оборот вокруг оси вращения. Учеными-астрономами принято делать несколько уточнений. Они выделяют солнечные сутки - начало и окончание оборота считается по нахождению Солнца в одной и той же точке небесной сферы - и разделяют их на истинные и средние.
Сказать с точностью до секунды, сколько часов в сутках, которые называются истинными солнечными, без уточнения конкретной даты невозможно. В течение года их продолжительность периодически меняется на почти минуту. Это происходит из-за неравномерности и сложной траектории движения светила по небесной сфере - ось вращения планеты имеет наклон около 23 градусов относительно плоскости небесного экватора.
Более-менее точно можно сказать, сколько часов и минут в сутках, которые специалистами именуются как средние солнечные. Это и есть привычные, используемые в повседневной жизни календарные отрезки времени, определяющие конкретную дату. Считается, что их продолжительность постоянна, что в них ровно 24 часа, или 1440 минут, или 86 400 секунд. Но и это утверждение условно. Известно, что скорость вращения Земли уменьшается (сутки удлиняются за сто лет на 0,0017 секунды). На интенсивность вращения планеты влияют сложные гравитационные космические взаимодействия и спонтанные геологические процессы внутри неё.
Звездные сутки
Современные требования к расчетам в космической баллистике, навигации и т. п. таковы, что вопрос о том, сколько часов длятся сутки, требует решения с точностью до наносекунд. Для этого выбираются более стабильные точки отсчета, чем близлежащие небесные тела. Если рассчитывать полный оборот земного шара, взяв за исходный момент его положение относительно точки весеннего равноденствия, можно получить длительность суток, называемых звездными.
Современная наука точно устанавливает, сколько часов в сутках, носящих красивое наименование звездных, — 23 ч 56 мин 4 с. При этом в некоторых случаях их длительность еще более уточняется: истинное количество секунд - 4,0905308333. Но и этот масштаб уточнений бывает недостаточным: на постоянство точки отсчета влияет неравномерность орбитального движения планеты. Чтобы исключить этот фактор, выбирается особое, эфемеридное начало координат, связанное с внегалактическими радиоисточниками.
Время и календарь
Окончательный вариант определения того, сколько в сутках часов, близкий к современному, был принят в Древнем Риме, с введением юлианского календаря. В отличие от древнегреческой системы времяисчисления сутки делились на 24 равных интервала, вне зависимости от времени суток и времени года.
В разных культурах применяются свои календари, имеющие точкой отсчета специфические события чаще всего религиозного характера. Но продолжительность средних солнечных суток на всей Земле одинакова.
Более строго это промежуток времени между двумя одноимёнными (верхними или нижними) кульминациями (прохождениями через меридиан) центра Солнца в данной точке Земли (или иного небесного тела).
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
Проблемы високосного года и звездных суток
Подробнее о времени
Субтитры
Солнечные сутки на Земле
Колебания продолжительности солнечных суток
Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды СИ . Следует отметить, что здесь в качестве единицы измерения указана именно секунда СИ, определённая с использованием внутриатомного периодического процесса, а не средняя солнечная секунда, которая по определению равна 1/86 400 части средних солнечных суток и, следовательно, также не является постоянной.
Введение поправок
Хотя средние солнечные сутки не являются, строго говоря, неизменной единицей времени, но повседневная жизнь людей связана именно с ними. В связи с накоплением поправки к длительности суток в среднем солнечном времени по отношению к равномерному атомному времени, иногда приходится добавлять к атомной шкале UTC так называемую високосную секунду , чтобы восстановить привязку этой шкалы к солнечной шкале времени . Теоретически возможно и вычитание високосной секунды, так как вращение Земли в принципе не обязано постоянно замедляться.
Солнечные сутки на других планетах и спутниках
Луна
Средние солнечные сутки на Луне равны среднему синодическому месяцу (среднему промежутку между двумя одинаковыми фазами Луны , например, полнолуниями) - 29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды. Истинные солнечные сутки могут отклоняться от средних на 13 часов в обе стороны, что связано как с неравномерностью движения Земли по орбите, так и с наклоном орбиты Луны к эклиптике, с эллиптичностью её орбиты и с наклоном оси вращения Луны к плоскости орбиты (см. также Либрация).
Другие На газовых гигантах, не имеющих твёрдой поверхности, солнечные сутки зависят от широты - атмосфера вращается с разными скоростями на разных широтах.
Меркурий обходит вокруг Солнца за 87,97 дня, а вокруг своей оси делает полный оборот за 58,65 дня (эти периоды относятся как 3:2). Средний промежуток времени между двумя верхними кульминациями Солнца на этой планете равен 176 дням, что равно двум её годам. Интересно, что когда он находится вблизи перигелия, Солнце для наблюдателя на поверхности планеты может в течение 8 дней двигаться в обратном направлении, поэтому, строго говоря, привязка определения солнечных суток к кульминации в этом случае не вполне корректна.
На Венере , чей сидерический период обращения вокруг своей оси равен 243 дням - больше, чем орбитальный период (224,7 дня), средние солнечные сутки равны примерно 116,7 дня (из-за вращения в обратную сторону)
На Марсе средние солнечные сутки лишь слегка больше, чем земные. Они равны 24 ч 39 мин 35,244 с.
На Юпитере сутки равны 9 часам 55 минутам 40 секундам, на Сатурне 10 часам 34 минутам 13 секундам. Сутки на Уране равны 17 часам 14 минутам 24 секундам, а на Нептуне 15 часам 57 минутам 59 секундам.
У Плутона ввиду его крайней удалённости от Солнца (и, следовательно, малости угловой орбитальной скорости) средние солнечные сутки практически равны периоду вращения: 6 дней 9 часов 17 минут 36 секунд.
Примечания
