Солнечные сутки и солнечное время

Истинные солнечные сутки. Если с помощью пассажного инструмента наблюдать не звезды, а Солнце и ежедневно отмечать время прохождения центра солнечного диска через меридиан, т. е. момент его верхней кульминации, то можно обнаружить, что промежуток времени между двумя верхними кульминациями центра солнечного диска, который называется истинными солнечными сутками, всегда оказывается длиннее звездных суток в среднем на 3 мин. 56 сек., или приблизительно на 4 мин. Это происходит от того, что Земля, обращаясь вокруг Солнца, совершает полный оборот вокруг него в течение года, т. е. приблизительно за 365 с четвертью суток. Отражая это движение Земли, Солнце за одни сутки перемещается примерно на 1/365 своего годового пути, или на величину около одного градуса, что соответствует четырем минутам времени.

Однако в отличие от звездных суток истинные солнечные сутки периодически меняют свою продолжительность. Это вызывается двумя причинами: во-первых, наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, во-вторых, эллиптической формой орбиты Земли.

 

 

Когда Земля находится на участке эллипса, расположенном ближе к Солнцу (на риснке это положение показано слева), то она движется быстрее; через полгода Земля окажется в противоположной части эллипса и будет перемещаться по орбите медленнее. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое передвижение Солнца по небесной сфере: в разное время года Солнце перемещается с различной скоростью. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток постоянно меняется. Так, например, 23 декабря, когда истинные сутки наиболее длинные, они на 51 сек. продолжительнее, чем 16 сентября, когда они всего короче.

Средние солнечные сутки. Вследствие неравномерности истинных солнечных суток пользоваться ими в качестве единицы для измерения времени неудобно. Об этом хорошо знали около трехсот лет назад парижские часовщики, когда писали на своем цеховом гербе: «Солнце показывает время обманчиво».

Все наши часы — наручные, стенные, карманные и другие — отрегулированы не по движению истинного Солнца, а по движению воображаемой точки, которая в течение года совершает один полный оборот вокруг Земли за такое же время, как и Солнце, но перемещается при этом по небесному экватору и совершенно равномерно. Называется такая точка средним солнцем. Момент прохождения среднего солнца через меридиан называют средним полднем, а промежуток времени между двумя последовательными средними полднями — средними солнечными сутками. Продолжительность их всегда одинакова. Их делят на 24 часа, каждый час среднего солнечного времени в свою очередь делится на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд среднего солнечного времени.

Именно средние солнечные сутки, а не звездные сутки являются одной из основных единиц измерения времени, положенной в основу современного календаря.

Уравнение времени. Время, измеряемое по среднему солнцу, называется средним солнечным временем ( Т_ср ), а измеряемое по истинному Солнцу — истинным солнечным временем ( T). Разность между средним солнечным временем и истинным временем в один и тот же момент называется уравнением времени. Оно обозначается греческой буквой . Тогда можно записать такое равенство:

 

Величина уравнения времени обычно дается в астрономических календарях и ежегодниках. Она приближенно может быть найдена и по прилагаемому графику уравнения времени, а зная уравнение времени и истинное солнечное время для данного момента можно найти среднее солнечное время.

 

 

Из графика видно, что четыре раза в году уравнение времени равно нулю. Это бывает около 14 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. Наибольшие численные значения уравнение времени принимает около 12 февраля ( = +14 мин.) и около 3 ноября ( = -16 мин.).

В некоторых календарях и ежегодниках уравнение времени дается в смысле «истинное время минус среднее» и тогда имеет противоположный знак.

 

 

Солнечные часы. Истинное солнечное время может быть определено при помощи солнечных часов — одного из древнейших приборов для измерения времени. Он состоит из циферблата, разделенного на часы и их доли, в центре которого укреплен неподвижный стержень, направленный к полюсу мира. Стрелкой служит тень от стержня. В течение дня тень все время поворачивается и показывает на циферблате истинное солнечное время. Правда, точность солнечных часов не превышает нескольких минут. По ним можно проверить часы, идущие по среднему времени, зная уравнение времени.