Время — физическая величина, применяемая для измерения длительности процессов. В физике время измеряют в секундах, основной единицей в астрономии являются сутки.
Календарь — (от лат. calendae или kalendae, «календы» – название первого дня месяца у древних римлян), способ деления года на удобные периодические интервалы времени. Основными задачами календаря являются: а) фиксация дат и б) измерение интервалов времени. Существует три основных типа календарей: 1) лунный, 2) солнечный и 3) лунно-солнечный.
Основной задачей на ранних этапах развития астрономии в течение многих веков было измерение времени и ведение календаря. Течение времени может измеряться посредством какого-либо регулярно повторяющегося в природе процесса. Этот процесс должен быть равномерным, чтобы установленные с его помощью единицы счета времени сохраняли свою продолжительность, только тогда ими можно будет пользоваться.
Измерение времени основано на наблюдениях суточного вращения небесного свода и годичного движения Солнца, т.е. на вращении Земли вокруг оси и на обращении Земли вокруг Солнца.
Вращение Земли вокруг оси происходит почти равномерно, с периодом, равным периоду вращения небесного свода. 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 кульминации этой точки на данном меридиане.
Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются:
- точка весеннего равноденствия (звёздное время),
- центр видимого диска Солнца (истинное Солнце, истинное солнечное время),
Среднее Солнце — фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени (среднее солнечное время).
Для измерения длинных промежутков времени служит тропический год, основанный на движении Земли вокруг Солнца.
Тропический год — промежуток времени, между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия. Содержит 365,2422 средних солнечных суток.
Из-за медленного движения точки весеннего равноденствия навстречу Солнцу, вызванного прецессией, относительно звёзд Солнце оказывается в той же точке неба через промежуток времени на 20 мин. 24 с. больший, чем тропический год. Он называется звёздных годом и содержит 365,2564 средних солнечных суток.
Звёздное время.
Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звёздными сутками.
За начало звёздных суток на данном меридиане принимают момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Время, протекшее от верхней кульминации точки весеннего равноденствия до любого другого её положения ty, выраженное в долях звёздных суток называется звёздным временем S.
S = ty
Для любой звезды связь между звездным временем S часовым углом t и прямым восхождением а звезды:
S = a + t
Истинное солнечное время
Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями Солнца центра солнечного диска) на одном и том же географическом меридиане называется истинными солнечными сутками.
За начало истинных солнечных суток на данном меридиане принимают момент нижней кульминации Солнца (истинная полночь).
Время, протекшее от нижней кульминации Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях истинных солнечных суток называется истинным солнечным временем Tc
Истинное солнечное время Tc на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу Солнца to + 12ч,
Tc = to + 12ч
Истинные солнечные сутки имеют различную продолжительность, так как:
- Солнце движется не по небесному экватору, а по эклиптике, наклонённой на угол 2Зo26′
- Движение Солнца по эклиптике неравномерно.
Истинные солнечные сутки продолжительнее звёздных суток примерно на 4 минуты. Звездные сутки определяются как время, затраченное Землей на полный оборот вокруг своей оси относительно звезд, расстояние до которых настолько велико, что их лучи можно считать параллельными. Продолжительность таких суток немного меньше и равна 23 часам 56 минутам и 4 секундам. Различие приблизительно в 4 минуты между звездными и солнечными сутками возникает из – за того, что Земля, вращаясь вокруг себя самой, одновременно обращается вокруг Солнца, и смещение нашей планеты за 24 часа не столь ничтожно по отношению к расстоянию Земля – Солнце, как относительно расстояния Земля – «неподвижные» звезды.
Для того чтобы Солнце, наблюдаемое после полного оборота Земли вокруг своей оси из нового положения планеты, вновь оказалось на том же меридиане, необходимо, чтобы Земля «довернулась» примерно на один градус. Такой угол она проходит как раз приблизительно за 4 минуты.
Среднее солнечное время.
Чтобы получить сутки постоянной продолжительности и в то же время связанные с движением Солнца, в астрономии введены понятия двух фиктивных точек — среднего эклиптического и среднего экваториального Солнца.
Среднее эклиптическое Солнце равномерно движется по эклиптике со средней скоростью Солнца.
Среднее экваториальное Солнце равномерно движется по экватору с постоянной скоростью среднего эклиптического Солнца и одновременно с ним проходит точку весеннего равноденствия.
Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями среднего экваториального Солнца на одном и том же географическом меридиане называется средними солнечными сутками.
Продолжительность средних солнечных суток равна среднему значению продолжительности истинных солнечных суток за год.
За начало средних солнечных суток на данном меридиане принимают момент нижней кульминации среднего экваториального Солнца (средняя полночь).
Время, протекшее от нижней кульминации среднего экваториального Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях средних солнечных суток называется средним солнечным временем Ту.
Среднее солнечное время Ту на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу Солнца tp + 12ч,
Ту = tp + 12ч
Уравнение времени.
Разность часовых углов среднего экваториального Солнца tm и истинного Солнца tс называется уравнением времени U.
U = tm — tc.
Всемирное время.
Местное среднее солнечное время гринвичского меридиана называется всемирным или мировым временем То
Местное среднее солнечное время любого пункта на Земле с долготой L определяется:
TL = То + L
Поясное время.
Местных систем счёта времени бесчисленное множество, как и меридианов.
В 1884 году была предложена поясная система счёта среднего времени. Счёт времени ведётся только на 24 основных географических меридианах, расположенных друг от друга по долготе точно через 15 rp., приблизительно посередине каждого часового пояса.
За основной меридиан нулевого пояса принят Гринвичский.
Местное среднее солнечное время основного меридиана какого-либо часового пояса называется поясным временем Тn
Тn = To + n
Декретное время.
В целях более рационального распределения электроэнергии, идущей на освещение предприятий и жилых домов, в летнее время вводят летнее время.
В CCCP 16.07.1930г. декретом правительства стрелки часов перевели на 1 час вперёд против поясного времени.
Календарь, принципы его построения и различные виды.
Лунные, солнечные и лунно-солнечные календари, история возникновения и развития.
Система счёта длительных промежутков времени называется календарём. Древние народы измеряли промежутки времени, наблюдая за движением светил.
Для измерения длительных промежутков времени используют период обращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Эти явления сложны и поэтому ещё издревле возникала путаница с установлением точного числа дней и месяцев в году. В целый год, т.е. во время видимого обращения Солнца вокруг Земли, входит не целое количество дней и не целое количество равных месяцев.
По современным данным один тропический год (промежуток времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия) равен 365,2422 суток. В основу месяца положено обращение Луны вокруг Земли. Но каждый лунный месяц имеет 29 — 30 дней. Значит в году не может быть 12 ровных лунных месяцев.
Одни народы, например, евреи и арабы, жили и живут по лунному календарю. Год в этом календаре содержит ровно 12 лунных месяцев продолжительностью 29 — 30 дней. Из-за того, что лунный год имеет меньше дней, чем тропический, у арабов вообще нет фиксированного начала года, оно постоянно перемещается по сезонам. В течение жизни одного человека год может начинаться и весной, и летом, и зимой, и осенью. Другие народы комбинировали солнечный и лунный циклы, пытаясь найти компромисс.
Римляне первоначально исчисляли время лунными годами. Новый год начинался 1 марта. До сих пор некоторые месяцы современного календаря называются по этой традиции (сентябрь — седьмой, декабрь — десятый и т.д.). Впоследствии первый день года был перенесён на 1 января, так как с 153 г. до н.э. в этот день вступали в должность консулы.
Гай Юлий Цезарь провёл реформу древнего римского календаря, основанного на движении Луны. Он ввёл с 1 января 45 г. до н.э. солнечный календарь. Средняя продолжительность года по этому календарю равна 365,25 суток. Чтобы избежать ошибки, связанной с дробным числом дней, каждые 4 года добавлялся 1 день. Год с 366-ю днями называется с тех пор високосным. Лишний день вставлялся не 29 февраля, как это делается сейчас, а между 24 и 25 числами. У римлян счёт дней был отличный от нашего. Отправным пунктом являлся не первый день месяца, а какое-то знаменательное событие, могущее быть даже в другом месяце. Фиксировались обычно три дня каждого месяца, каждый из которых соответствовал началу новой лунной фазы. Принятое ныне исчисление дней с первого до последнего в месяце установилось лишь в 6 в. н. э.
Этот календарь в память о Юлии Цезаре называется юлианским. Месяц июль тоже назван в память об императоре. Месяц август был назван в честь императора Октавиана Августа в 8 в. н.э. Остальные месяцы календаря называются по разным традициям, например январь в честь бога Януса, февраль в честь ежегодных очистительных обрядов Februa, март по имени бога Mapca, май по имени богини Майи, июнь по имени богини Юноны.
В юлианском календаре один день прибавляется в годы, номера которых делятся на 4 без остатка.
Однако, средняя продолжительность тропического года, измеренного по истинному обращению Земли вокруг Солнца, отличается от юлианского на 0,0078 суток. Для жизни одного поколения это неощутимо, но за 128 лет разница составляет сутки.
В Средние века погрешность стала равной семи дням. Это было замечено церковными деятелями.
По христианской традиции праздник Пасхи связывается с днём весеннего равноденствия и рассчитывается относительно 21 марта.
Это правило было принято в 325 году на Никейском Вселенском Соборе. Из-за неточности юлианского календаря в 16 веке весеннее равноденствие, как природное явление, приходилось на 11 марта, а Пacxa рассчитывалась исходя из древней традиции, считая, что оно должно быть 21 марта.
Обсуждение реформы календаря продолжалось несколько столетий. Наконец, папа Григорий XIII 24 февраля 1582 года издал буллу, в которой провозгласил новый календарь и постановил, что после четверга 4 октября 1582 года наступит пятница 15 октября.
Григорианский календарь основан на более точном знании тропического года и полностью привязан к астрономическим явлениям. Дата весеннего равноденствия всегда приходится на 21 марта и не может сместиться. Небольшое несоответствие между григорианским и истинным тропическим годами всё же есть. Разница в один день набегает за 3300 лет. Такая погрешность сегодня для нас несущественна.
Високосный год — каждый четвёртый, за исключением годов с целым числом столетий (1700, 1800,…). Год с целым числом столетий считается високосным только тогда, когда число сотен делится на 4 без остатка.
В России этот календарь был введён со среды 31 января 1918 года. Следующий день уже был 14 февраля. За время, прошедшее со времён Юлия Цезаря календарная ошибка достигла 13 дней.
Эры.
Евреи используют эру от Сотворения мира, которая начинается в 3761 году до н.э.. Христиане тоже используют эру от сотворения мира, но имеют разные традиции счёта лет. Все они основываются на подсчёте библейских поколений, но имеют свои особенности.
Эру от Рождества Христова ввёл в 525 году папский архивариус Дионисий Малый. 248 год эры Диоклетиана он приравнял 532 году от Рождения Христа. Исследователи считают, что Дионисий выбрал эту дату для удобства расчёта пасхалии, потому что точно определить дату рождения Иисуса Христа никому до сих пор не удалось. Эра от Рождества Христова начала употребляться кое-где в 10 веке, а повсеместно в католических странах лишь с 15 века.
Юлианские дни. При решении некоторых задач астрономии нужно знать число средних солнечных суток, протекших между двумя датами, далеко отстоящими друг от друга. Это легко сделать при помощи юлианских дней. Юлианские дни — это дни, которые непрерывно считаются через годы, столетия и тысячелетия от 1 января 4713 года до н.э. Начало каждого юлианского дня считается в средний гринвичский полдень.
В мире существует множество других календарей разных цивилизаций и культур, по которым года исчисляются совсем иначе.
Так сейчас в Китайском календаре 4719 год, в Еврейском 5784 год, в Исламском 1445 год.