Примем, что поворот сферы отсчитывается по точке Овна. При этом получим звездные единицы и системы счета времени.
Звездными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки Овна на одном и том-же меридиане. За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки Овна. Звездные сутки делятся (в звездных единицах) на 24 ч, час -на 60 мин и минута - на 60 с.
Звездным временем S называется промежуток времени (в звездных единицах), протекший от момента верхней кульминации точки Овна до данного момента. Изобразим сферу на плоскости экватора (рис. 43): внутри изображена Земля и связанные с ней меридиан EQ и зенит места г. При вращении сферы Земля и меридиан EQ остаются неподвижными. По определению звездного времени оно равно времени поворота точки Овна от Е до γ. т. е. дуге Ev, но эта дуга измеряет часовой угол точки Овна t v , следовательно, звездное время численно равно.часовому углу точки Овна, т. е. S = t γ . На этом основании звездное время можно выражать в часовых или градусных единицах, например S = 8 Ч 44 М 16 С или t v = 131 о 04.0"; обычно его выражают в градусных единицах. Звездное время даты не имеет, так как промежутки времени больше суток в нем не выражают. Звездное время на данном меридиане воспроизводится на звездном хронометре. Это время удобно при наблюдениях звезд и обработке звездных наблюдений.
Точка Овна перемещается по сфере вследствие прецессии и нутации. Если учесть прецессию точки Овна - на 46,1" в год навстречу суточному движению, то оказывается, что звездные сутки короче полного оборота сферы на 0,0084 е Это равномерное среднее звездное время и применяется в мореходной астрономии. Если учесть еще нутацию, получается неравномерное (истинное)
звездное время.
Основная формула времени . Пусть P N D (см. рис. 43) - меридиан светила С, тогда γD - его прямое восхождение a, a ˇED - часовой угол t. Из рис. 43 видно, что сумма дуг ED и γD равна дуге Ev, т. е. t v == S, или S = t + a. (69)
Звездное время в данный момент равно сумме вестового часового угла -светила и его прямого восхождения. Эта формула справедлива для любого светила (на один момент), т. е.
S = t + α* = t סּ + α סּ = t - α = ....
Для момента верхней кульминации t= 0 и S = α . Отсюда, зная α* , можно определить звездное время или поправку часов, и наоборот - по S определить а*.
Формула часового угла. Решая формулу (69) относительно t, получим t = S - а. (70) Добавив к обеим частям по 360° (24 Ч), получим t + 360° = S + 360 o - а.
Но величина 360° - а * есть звездное дополнение τ*, а от часового угла период 360° отбрасывается, поэтому для звезд имеем: t* = S - τ* (71)
По этой формуле рассчитываются часовые углы звезд; применяется она также в машинных алгоритмах для часовых углов светил (см. § 31).
Звездное время неудобно для повседневной жизни, так как начало звездных суток приходится на разное время суток солнечных. Так, 21/111 Солнце (положение 1 на рис. 44, показывающее Солнце в момент кульминации γ) расположено в точке у, при этом звездные сутки начнутся в полдень. Через сутки Солнце переместится по эклиптике примерно на 1° = 4 м и будет кульминировать через 4 м после точки Овна. Через три месяца - 22/VI Солнце
переместится в положение 3 - кульминация точки Овна произойдет утром, Через полгода 4 звездные сутки начнутся в полночь, еще через три месяца - 22/XII - вечером и через тропический год - снова в полдень. И рис. 44, кроме того, вытекает, что тропический год, равный 365, 2422 средних суток, содержит звездных суток больше ровно на 1, т. е. 366, 2422 звездных суток.
Для повседневной жизни время удобнее считать по Солнцу .
Истинными солнечными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями Солнца на одном и том же меридиане. За начало солнечных суток обычно принимается нижняя кульминация Солнца, поэтому истинным солнечным временем (Т &) называется промежуток времени, протекший от нижней кульминации Солнца до данного момента.
Однако величина истинных суток в течение года изменяется. Из рис. 44 видно, что солнечные сутки продолжительнее звездных на Да 0 . При изучении координат Солнца в § 14 отмечалось, что вследствие неравномерности движения Солнца и наклона эклиптики е величина Аа 0 меняется в течение года неравномерно: около 22/ХП имеем наибольшее Да© = 66,6" в сутки, а около 18/IX - наименьшее Дсс 0 = 53,8" в сутки. Поэтому зимой сутки длиннее, а летом - осенью короче. Разность в продолжительности солнечных суток в эти даты составит 12,8"-4 =51,2°. В среднем Да 0 = 59,14". Переменность длительности истинных суток делает их неудобными в качестве единицы измерения, и истинное солнечное время применяется теперь только как часовой угол Солнца
№5. Местное, гринвичское, поясное время.
1 Годовое движение Солнца и эклиптическая система координат
Солнце наряду с суточным вращением медленно в течение года перемещается по небесной сфере в противоположном направлении по большому кругу, называется эклиптикой. Эклиптика наклонена к небесному экватору под углом Ƹ, Величина которого в настоящее время близка к 23 26´. Эклиптика пересекается с небесным экватором в точке весеннего ♈ (21 марта) и осеннего Ω (23 сентября) равноденствий. Точки эклиптики, отстоящие от равноденственных на 90 , есть точки летнего (22 июня) и зимнего (22 декабря) солнцестояний. Экваториальные координаты центра солнечного диска непрерывно изменяются в течении года от 0h до 24 h (прямое восхождение) - эклиптическая долгота ϒm, отсчитывается от точки весеннего равноденствия до круга широты. И от 23 26´ до -23 26´ (склонение) - эклиптическая широта, отсчитывается от 0 до +90 к северному полюсу и 0 до -90 к южному полюсу. Зодиакальными созвездиями называются созвездия, которые находятся на линии эклиптики. Находится на линии эклиптики 13 созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы и Змееносец. Но созвездие Змееносца не упоминается, хотя Солнце и находится в нём большую часть времени созвездий Стрельца и Скорпиона. Сделано это для удобства. При нахождении Солнца под горизонтом на высотах от 0 до -6 - длятся гражданские сумерки, а от -6 до -18 - астрономические сумерки.
2 Измерение времени
Измерение времени основано на наблюдениях суточного вращения свода и годичного движения Солнца, т.е. вращения Земли вокруг своей оси и на обращении Земли вокруг Солнца.
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 центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Он 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 сек. больший, чем тропический год. Он называется звёздным годом и содержит 365,2564 средних солнечных суток.
3 Звёздное время
Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звёздными сутками .
Звёздное время измеряется часовым углом точки весеннего равноденствия: S=t ♈ , и равно сумме прямого восхождения и часового угла любой звезды: S = α + t.
Звёздное время в любой момент равно прямому восхождению какого - либо светила плюс его часовой угол.
В момент верхней кульминации светила его часовой угол t=0, а S = α.
4 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, протекающее от нижней кульминации Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях истинных солнечных суток называется истинным солнечным временем Т ʘ
Истинное солнечное время выражается через часовой угол Солнца, увеличенный на 12 часов: Т ʘ = t ʘ + 12 h
5 Среднее солнечное время
Для того, чтобы сутки имели постоянную продолжительность и при этом были связаны с движением Солнца, в астрономии введены понятия двух фиктивных точек:
Средне эклиптического и средне экваториального Солнца.
Среднее эклиптическое Солнце (ср.эклип.С.) равномерно движется по эклиптике со средней скоростью.
Среднее экваториальное Солнце 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 .
Время, протекающее от нижней кульминации среднего экваториального Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях средних солнечных суток называется средним солнечным временем Т m .
Средне солнечное время Т m на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу Солнца: Т m = t m + 12 h
Среднее время отличается от истинного на величину уравнения времени : Т m = Т ʘ + n .
6 Всемирное, поясное и декретное время
Всемирное:
Местное среднее солнечное время гринвичского меридиана называется всемирным или мировым временем Т 0 .
Местное среднее солнечное время любого пункта на Земле определяется: Т m = Т 0 + λ h
Поясное время :
Счёт времени ведётся на 24 основных географических меридиана, расположенных друг от друга на долготе точно через 15 (или 1 час) приблизительно посредине каждого часового пояса. Основным нулевым меридианом считается гринвичский. Поясное время есть всемирное время плюс номер часового пояса: Т П = Т 0 + n
Декретное:
В России в практической жизни до марта 2011 г. использовалось декретное время:
Т Д = Т П + 1 h .
Декретное время второго часового пояса, в котором располагается Москва, называют московским временем. В летний период (апрель-октябрь) стрелки часов переводились на час вперёд, а в зимний возвращались на час назад.
7 Рефракция
Видимое положение светил над горизонтом отличается от вычисленного по формулам. Лучи от небесного объекта, прежде чем попасть в глаз наблюдателя, проходят сквозь атмосферу Земли и преломляются в ней. И так ка плотность увеличивается к поверхности Земли, то луч света всё более отклоняется в одну и ту же сторону по кривой линии, так что направление ОМ 1 , по которому наблюдатель видит светило, оказывается отклонённым в сторону зенита и не совпадает с направлением ОМ 2 , по которому бы он видел светило при отсутствии атмосферы.
Явление преломления световых лучей при прохождении земной атмосферы называется астрономической рефракцией . Угол М 1 ОМ 2 называют углом рефракции или рефракцией ρ .
Угол ZOM 1 называется видимым зенитным расстоянием светила zʹ, а угол ZOM 2 - истинным зенитным расстоянием z: z - zʹ = ρ, т.е. истинное расстояние светила больше видимого на величину ρ.
На линии горизонта рефракция в среднем равна 35ʹ.
Вследствие рефракции наблюдаются изменения формы дисков Солнца и Луны при их восходе или заходе.
Время обращения Земли вокруг оси можно измерить, наблюдая суточное вращение небесной сферы.
Продолжительность полного оборота небесной сферы можно определить с большой степенью точности как промежуток времени между двумя последовательными одноименными (например, верхними) кульминациями какой-либо звезды или определенной точки небесной сферы. В качестве такой точки выбирают точку весеннего равноденствия (Т).
Пр омежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется звездными сутками.
За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки Т.
Звездные сутки делятся на 24 звездных часа, час - на 60 минут, минута - на 60 секунд. Легко видеть, что положение точки Т относительно меридиана, характеризуемое дугой небесного экватора, заключенной между меридианом и точкойТ и отсчитываемой в направлении суточного вращения небесной сферы (помечена зеленовайто стрелкой), определяет долю суток, протекшую с начала данных суток до рассматриваемого момента. Иначе говоря, указанная дуга экватора является мерой времени в данный момент. Так как эта дуга в градусной мере равна сферическому углу, образованному меридианом и большим кругом, проведенным через полюс и точку Т (отображена красной стрелкой) и называемую часовым углом , то мы приходим к следующему определению: звездное время S в данный момент равно часовому углу точки весеннего равноденствия. Так как сутки разделены на 24 часа, а окружность содержит 360°, то получат следующие соотношения:
1 чаc = 15°, 1 минута - 15", 1 секунда - 15".
Поскольку час, минута и секунда представляют единицы измерения часового угла, то и обозначения этих единиц ставятся, подобно обозначениям единиц градусной меры, вверху справа соответствующей цифры. Следовательно, запись момента времени будет выглядеть так: S = 14ч06м27с.
Звездное время используется при астрономических наблюдениях. В житейских целях оно неудобно, так как наша жизнь согласуется с Солнцем.
Солнечное время
По аналогии со звездными сутками вводится понятие истинных солнечных суток, которыми называется промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра солнечного диска.
Истинным солнечным временем называется часовой угол (/0) центра Солнца. Так как Солнце в результате годичного движения по эклиптике перемещается в сторону, обратную суточному движению, приблизительно на 1° в сутки, то истинные солнечные сутки длиннее звездных в среднем приблизительно на 4 мин .
Неравномерность течения истинного солнечного времени
Истинное солнечное время неудобно в том отношении, что очень трудно построить часы, идущие по этому времени, так как часовой угол Солнца меняется неравномерно. Это происходит, во-первых, в результате неравномерности движения Солнца по эклиптике и, во-вторых, вследствие наклона эклиптики к экватору. Перемещения Солнца по эклиптике вблизи перигелия и афелия за равные промежутки времени будут неодинаковыми, а равным перемещениям Солнца по эклиптике вблизи точек равноденствия.и солнцестояния будут соответствовать неодинаковые изменения часового угла (рис. 38).
Среднее эклиптическое и среднее экваториальное Солнце
Для устранения неравномерности истинного солнечного времени вводят понятие «среднего Солнца», подразумевая под этим термином некоторую вспомогательную движущуюся точку. «Средним эклиптическим солнцем» называется точка, равномерно движущаяся по эклиптике и проходящая через перигелий и афелий одновременно с центром истинного солнечного диска. Замена истинного Солнца «средним эклиптическим» устраняет неравномерность солнечного времени, вызываемую непостоянством скорости движения Солнца по эклиптике. Для устранения влияния наклона эклиптики к экватору вводится понятие «среднего экваториального солнца», представляющего собой точку, равномерно движущуюся по экватору и проходящую через точки весеннего и осеннего равноденствия одновременно со «средним эклиптическим солнцем».
Среднее солнечное время
Воображаемое «среднее экваториальное солнце» участвует в суточном вращении небесной сферы так же, как и истинное Солнце. Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми кульминациями «среднего экваториального солнца» называется средними сутками. За начало средних суток принимают момент пижкей кульминации «среднего экваториального солнца». Часовой угол «среднего экваториального солнца» определяет среднее время в данный момент. Средние сутки делятся на 24 средних часа, час-на 60 мин и минута - на 60 сек.
Поясное время
Каждый пункт на поверхности Земли имеет свое собственное местное время, которое отличается (в зависимости от долготы) от времени другого пункта на любое число часов, минут и секунд. В практической жизни пользоваться местным временем очень неудобно, особенно для транспорта и связи. Это обстоятельство поставило задачу упорядочения счета времени на всей Земле. В настоящее время эта задача разрешена введением системы поясного времени.
Весь земной шар по меридианам через каждые 15° разбит на 24 пояса. Середина "начального или нулевого " пояса проходит через Гринвичский меридиан и во всем этом поясе принято местное время Гринвичского меридиана. В следующем восточном поясе принято местное время среднего меридиана этого пояса, отличающееся от мирового времени на час и т. д. Это время обозначается Та и называется поясным, а пояса называются часовыми.
В любом пункте Земли поясное время отличается от местного примерно на полчаса (максимально). Введение поясного времени приводит к тому, что в ряде населенных пунктов, находящихся в непосредственной близости друг от друга, время отличается на час. Однако это искупается тем, что минуты и секунды на всем земном шаре при пользовании поясным временем одинаковы и время различных пунктов отличается друг от друга только на целое число часов.
Границы часовых поясов проводят, в ряде случаев отступая от меридианов, по государственным, административным или естественным (рекам, горным хребтам) границам
Линия изменения даты
Местное или поясное время, считая к востоку от нулевого меридиана (проходящего через Гринвич), будет возрастать пропорционально долготе. Если рассматривать местное время, считая к западу от нулевого меридиана» то местное время будет убывать. В связи с этим рассмотрим следующий факт.
Пусть три наблюдателя, находясь на одном и том же месте средней широты, начинают одновременно счет дням, отмечая их по восходу Солнца, причем первый остается на месте, второй отправляется в кругосветное путешествие по параллели на восток, а третий - в кругосветное путешествие по параллели на запад. Когда все три наблюдателя снова соберутся в одном месте, то оставшимся на месте наблюдатель скажет, что между встречами прошло N суток, а путешествовавший в восточном направлении скажет, что прошло (N + 1) суток. Это обусловлено тем, что второй наблюдатель при движении к востоку будет наблюдать кульминацию Солнца каждый раз несколько раньше, чем неподвижный наблюдатель.
Наблюдатель, путешествовавший в западном направлении, скажет, что прошло (N - 1) суток, так как, двигаясь в сторону, обратную вращению Земли, он будет наблюдать кульминацию Солнца каждый раз с некоторым запозданием по сравнению с неподвижным наблюдателем.
Чтобы согласовать счет дней, для неподвижных наблюдателей и путешественников по международному соглашению введена «линия перемены даты ». Она вся расположена по прверхности океана и проходит приблизительно по 180 меридиану, считая от Гринвича. При пересечении этой линии в западном направлении из счета дней выбрасывается один день (например, за вторым числом при записях сразу следует четвертое число). При пересечении линии перемены даты в восточном направлении при счете дней приписывается лишний день (например, при записях какое-либо число повторяется дважды).
Счет меридианов от Гринвича удобен, ибо при этом линия перемены даты приходится на удобную для запоминания цифру (180°) долготы, что не будет иметь места, если счет меридианам вести от какой-либо другой обсерватории.
| время, звездное, гринвич, смещение, поясноеКОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
з дисципліни «Морехідна астрономія»
напрям підготовки 070104 «Морський та річковий транспорт»
(шифр і назва напряму підготовки)
спеціальність 6.070104 «Морський та річковий транспорт»
(шифр і назва спеціальності)
спеціалізація.
(назва спеціалізації)
відділення «Судноводіння» .
(назва відділення)
Розглянуто на засіданні циклової комісії
відділення «Судноводіння на морських шляхах»
Протокол № від «» 2015 р.
Голова циклової комісії
М. А. Котолуп
ПЛАН – КОНСПЕКТ ТЕМЫ № 1
«Время и его измерение»
1.Понятие о времени и способах его измерения.
2.Звездное время.
3.Солнечное и среднесолнечное время.
4.Время, используемое в повседневной деятельности.
Понятие о времени и способах его измерения.
Для измерения любой физической величины, прежде всего, необходимо выбрать единицы измерения, удобные для практического применения и обязательно постоянные.
С древности в качестве основной единицы времени был принят период одного оборота Земли вокруг своей оси или отражающий его оборот небесной сферы, т. е. сутки. Этот период практически постоянен (незначительные изменения периода вращения Земли, открытые сравнительно недавно, в мореходной астрономии не учитываются).
Установив единицу измерения времени, надо выбрать начальный (нулевой) момент измерения и какую-либо точку на сфере, по движению которой и можно было бы производить отсчет временных промежутков. Для этого в астрономии используют суточное движение точки весеннего равноденствия или Солнца. По движению точки Овна измеряется звездное время, по движению Солнца - солнечное.
Для начала отсчета единицы времени суток удобно выбрать момент пересечения точкой Овна или Солнцем плоскости меридиана наблюдателя, так как эта плоскость совпадает с географическим меридианом, положение которого на Земле определяется долготой наблюдателя. Поэтому время в каждой системе зависит и от того, какой меридиан выбран за начальный: гринвичский, местный или какой-либо другой.
Звездное время.
Один оборот Земли вокруг своей оси или один оборот небесной сферы вокруг оси Мира можно отметить по законченному суточному движению какой-нибудь звезды. Более удобно в астрономии применять для этого точку весеннего равноденствия Υ , которая занимает на сфере вполне определенное положение и участвует в суточном движении, как и все светила.
Звездные сутки - это промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия на данном меридиане наблюдателя.
Звездные сутки делятся на более мелкие единицы: звездные часы, минуты и секунды.
Звездным временем (S) называют количество звездных единиц, прошедших от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до данного момента.
Звездное время может измеряться во временных или дуговых единицах.
Для измерения больших промежутков времени в повседневной жизни звездное время не применяется, т.к. не имеет календарной даты.
Вследствие равномерности вращения небесной сферы промежуток времени, прошедший с момента верхней кульминации точки Овна и выраженный величиной S , численно равен W-му часовому углуточки Овна в градусных единицах.
Следовательно, существует зависимость
S=t Υ w
Отсюда появляется возможность выражения временных промежутков, как в часах, так и в градусах. Для перехода от градусов к часам и обратно служат соотношения:
24 ч =360°; 1ч=15°; 1 м =15"; 1 с =15" или 0,25";
360° = 24 ч; 1° = 4 М.
Подобный переход от одной меры к другой необходим при решении астрономических задач. Поэтому в МАЕ и в МТ- 75 имеются таблицы для облегчения этого перевода с точностью до десятых долей дуговой минуты (0,1 1) или до одной временной секунды (1 с),
В один и тот же момент звездное время S равно W-му часовому углу любого светила плюс его прямое восхождение α и называется основной формулой времени.
S=t w +α
Оно связывает координаты светил со временем, позволяет переходить отзвездного времени к солнечному и решать другие важные задачи. В мореходной астрономии эту формулу часто применяют для расчета часовых углов звезд:
t w * =S-α *
Чтобы упростить расчеты, заменим вычитание более удобным сложением, прибавив к правой части равенства 360°, что равнозначно0°:
t w * =S+360°-α *
Обозначив 360°-- α*=τ*, получим окончательно:
t w * =S+τ *
При решении задач на основную формулу времени можно свободно прибавлять к любой части равенства или отнимать от нее 360° (24 ч),поскольку это равнозначно 0° (0 Ч). В процессе решения подобных задач довольно часто приходится переходить от градусных единиц к часовым и обратно.
Солнечное и среднесолнечное время.
Повседневная жизнь людей нашей планеты организована по Солнцу в зависимости от светлого и темного периода суток. Уже по этой причине звездное время неудобно. Кроме того, вследствие годового движения Солнца, которое отстает ежесуточно от точки Υ на 1° или 4 м, начало звездных суток в течение года приходится на различные моменты дня и ночи. Так, 21 марта начало звездных суток будет в середине дня, 22 июня - утром, 23 сентября - ночью, 22 декабря - вечером. Применять в повседневной жизни такую систему измерения времени нельзя. Поэтому звездное время употребляется только в теоретических выводах и в расчетных задачах мореходной астрономии.
Более целесообразно принять за единицу времени промежуток между двумя последовательными кульминациями центра Солнца, который получил название солнечных (истинных) суток. Эти сутки длиннее звездных примерно на 4 м. Однако изменение прямого восхождения Солнца неодинаково в течение года, т. е. и продолжительность солнечных суток также не одинакова. Разность между самыми длинными и самыми короткими солнечными сутками достигает 51 с или почти 1 м. Применять за единицу счета точного времени переменную величину нельзя, поэтому солнечные (истинные) сутки не используются, и не существует системы измерения времени, основанной на движении истинного Солнца. Это обусловлено высокими требованиями к точности отсчетов времени при современном развитии науки, техники и экономики. Создать же приборы, которые бы изменяли свой ход в зависимости от изменения продолжительности солнечных суток, очень трудно.
Истинное Солнце нельзя «заставить» двигаться по эклиптике с постоянной скоростью. Чтобы получить постоянную единицу времени, необходимо заменить Солнце точкой сферы, имеющей равномерное годовое движение. Для этого была установлена особая фиктивная точка небесной сферы - среднее Солнце, которое заменяет истинное Солнце при измерении времени.
Представим себе, что Солнце движется по эклиптике со скоростью, равной средней за год скорости истинного Солнца. Как показали расчеты, такая точка не будет далеко удаляться от истинного Солнца. Однако вследствие наклона эклиптики к экватору наугол 23,5°суточное изменение Δα все равно будет неодинаковым, т. е. и тогда солнечные сутки окажутся непостоянными по величине. Поэтому установили, что собственное движение среднего Солнца происходит не по эклиптике, а по экватору в ту же сторону, что и движение истинного Солнца. Таким образом, среднее Солнце имеет следующие особенности:
Участвует в суточном движении вместе с небесной сферой;
Имеет собственное годовое движение по экватору, направленное против суточного;
Суточное его перемещение по экватору постоянно и равно среднему за год перемещению проекции истинного Солнца на экватор; эта величина равна З м 56 с, т. е. около 1°;
Меридианы среднего и истинного Солнца располагаются недалеко один от другого, поэтому кульминации истинного и среднего Солнца практически мало отличаются по времени.
С учетом указанных особенностей можно дать определение исходной постоянной единицы этой системы.
Средние сутки - это промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца. Так как заначало средних суток принимается момент нижней кульминации среднего Солнца, смена даты происходит ночью, что более удобно в повседневной жизни.
Средним, или гражданским, временем Т называют количество средних часов, минут и секунд, прошедших от момента нижней кульминации среднего Солнца до данного момента.
Среднему времени обязательно приписывается календарная дата в отличие от звездного времени, которое даты не имеет.
Знаки ± выбирают с таким расчетом, чтобы результат получить не более 24 ч (360°).
Определять звездное время принято по точке весеннего равноденствия. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же меридиане называется звездными сутками. За начало звездных суток на данном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия (рис. 3.1). Звездное время измеряется часовым углом точки весеннего равноденствия. В момент начала звездных суток точка весеннего равноденствия находится в верхней кульминации и поэтому ее часовой угол равен 0. Так как Земля непрерывно вращается вокруг своей оси, то с течением времени часовой угол будет увеличиваться и по его значению можно судить о протекшем времени. Таким образом звездным временем S называется западный часовой угол точки весеннего равноденствия. Следовательно, звездное время на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу точки весеннего равноденствия, т. е. .
Рассматривая звездное время, следует иметь в виду, что точка весеннего равноденствия находится на бесконечно большом расстоянии и поэтому движение Земли по орбите не изменяет ее видимого положения на небесной сфере. Период вращения Земли относительно точки весеннего равноденствия остается неизменным. Поэтому звездные сутки имеют постоянную продолжительность. Звездное время широко применяется в авиационной астрономии. Для гринвичского меридиана оно дано в ААЕ на каждый час времени соответствующей даты (см. приложение 5). Пользоваться звездным временем неудобно, так как оно не связано с Солнцем, относительно которого строится распорядок жизни людей.
Взаимное положение Солнца и точки весеннего равноденствия в течение года непрерывно меняется. Двигаясь по эклиптике, Солнце за сутки смещается относительно точки весеннего равноденствия почти на 1° (рис. 3.2). Вследствие этого звездные сутки короче солнечных на 3 мин 56 с и их начало в течение года приходится на различное время дня и ночи. Из рис. 3.2 видно, что Солнце только раз в году кульминирует вместе с точкой весеннего равноденствия в полдень в ноль часов звездного времени. Это бывает тогда, когда Солнце проходит через точку весеннего равноденствия, т. е. когда его прямое восхождение равно 0.
Рис. 3.1. Звездное время
Рис. 3.3. Зависимость между звездным временем, часовым углом и прямым восхождением светил
Рис. 3.2. Связь между звездными и солнечными сутками
Через одни звездные сутки точка весеннего равноденствия снова будет находиться в верхней кульминации, а кульминация Солнца наступит примерно лишь через 4 мин, так как за одни звездные сутки оно сместится к востоку относительно точки весеннего равноденствия примерно на 1°. Еще через одни звездные сутки кульминация Солнца наступит уже приблизительно через 8 мин после начала звездных суток.
Таким образом, время кульминации Солнца непрерывно увеличивается. За месяц звездное время кульминации увеличится примерно на 2 ч, а за год - на 24 ч. Следовательно, ноль часов звездного времени приходится на разное время солнечных суток, что затрудняет пользование звездным временем в повседневной жизни.
Зависимость между звездным временем, часовым углом и прямым восхождением светила.
Измерить часовой угол точки весеннего равноденствия или заметить момент прохождения ее через меридиан наблюдателя невозможно, так как она является воображаемой и на небесной сфере не видна. Следовательно, непосредственно определить звездное время по точке весеннего равноденствия нельзя. Поэтому практически определение начала звездных суток и звездного времени в любой момент производят по какой-либо звезде, прямое восхождение которой известно (рис. 3.3.). Зная прямое восхождение звезды и измерив ее часовой угол, можно определить звездное время. Из рис. 3.3 видно, что между звездным временем, часовым углом и прямым восхождением светила имеется очевидная зависимость, которую через координаты звезды можно записать в виде
Из этой зависимости следует, что звездное время в любой момент равно сумме часового угла звезды и ее прямого восхождения. Обычно в астрономических обсерваториях звездные часы проверяют по кульминирующей звезде. Поскольку в этот момент часовой угол звезды равен нулю, то звездное время будет соответствовать прямому восхождению данной звезды, т. е. .
Из рис. 3.3 можно вывести еще одну зависимость, которая широко применяется в практике авиационной астрономии для определения часовых углов звезд: t=S-a. На основании этой формулы производится расчет часовых углов навигационных звезд по звездному времени и прямому восхождению, взятых из ААЕ. Этот расчет упрощает составление ААЕ и уменьшает его объем.
