Вращение Земли вокруг своей оси. Измерение времени
Земля вращается вокруг собственной оси. Это обусловливает смену дня и ночи. И этот же процесс лежит в основе определения времени. Промежуток времени, в течение которого Земля совершает полный оборот вокруг своей оси, называется сутками. Сутки делятся на 24 часа, час на 60 минут, минута на 60 секунд. Таким образом, 1 сутки = 24 часа = 1440 минут = 86400 секунд. Почему принята такая двенадцатеричная система для счета времени – это особый вопрос. Так сложилось исторически, но почему, что означает двенадцатеричная система счисления – об этом стоит подумать. В международной системе единиц секунда принята за основную единицу времени. Казалось бы, определить её можно так: 1 секунда = 1/86400 часть суток. Но не так всё просто. Сутки бывают разные. Самое естественное взять за основу звездные сутки – полный период оборота Земли вокруг оси, когда она займет то же положение относительно звезд.
Соответственно, доли звездных суток определят звездный час, звездную минуту и звездную секунду. Отражением, отображением вращения Земли вокруг собственной оси является видимое вращение небесного свода со всеми его светилами. Когда Земля совершит полный оборот вокруг оси, небесный свод также совершит полный оборот. Продолжительность полного оборота небесного свода и определяет звездные сутки. Практически звездные сутки можно определить как промежуток времени между двумя верхними кульминациями какой-нибудь звезды. Верхней кульминацией называется прохождение светила вследствие вращения небесного свода через местный меридиан, когда оно занимает самое высокое положение над горизонтом, в это время светило находится точно на юге (местный меридиан определяет точное направление на север-юг). Астрономы при наблюдениях используют звездное время. Но мы с вами в обыденной жизни живем по солнечному времени. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра истинного солнца определяют истинные солнечные сутки.
Солнечные сутки длиннее звездных примерно на четыре минуты. Происходит это оттого, что солнце перемещается по эклиптике, делая полный оборот за один год или примерно 1 градус в сутки по небесной сфере. Направление этого годичного движения солнца противоположно направлению суточного вращения небесного свода. Небесный свод вращается с востока на запад (все светила в течение суток восходят на востоке и заходят на западе), а годичное движение солнца направлено с запада на восток, т. е. назад. Поэтому оно отстает от вращения небесного свода, и когда он совершит полный оборот, это отставание составит 1 градус, т. е. солнце на один градус не дойдет до меридиана. Чтобы пройти этот градус и дойти до меридиана, ему потребуется 4 минуты. На эту величину солнечные сутки длиннее звездных. Точнее, солнце перемещается по эклиптике годичным движение не на 1 градус в сутки, а на 0,986 градуса, следовательно, солнечные сутки длиннее звездных на 3 минуты 56 секунд.
Продолжительность истинных солнечных суток непостоянна. Это является следствием того, что Земля вращается по орбите с непостоянной скоростью. И от этого видимое годичное движение солнца по эклиптике тоже происходит неравномерно, отчего меняется продолжительность истинных солнечных суток, летом они короче, а зимой длиннее. Чтобы избежать этой неприятности, астрономы ввели воображаемое среднее солнце, которое в отличие от истинного движется по эклиптике совершенно равномерно. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями среднего солнца определяет средние солнечные сутки.
Можно сказать, что мы живем по среднему солнечному времени. Это утверждение правильное, но недостаточно определенное: среднее солнечное время имеет разные значения в зависимости от того, откуда оно отсчитывается. Астрономическое время отсчитывается от полудня, ноль часов соответствует моменту верхней кульминации среднего солнца. Но в обыденной жизни мы отсчитываем время от полуночи, ноль часов соответствует нижней кульминации среднего солнца. Это так называемое гражданское время. Но и это ещё не всё, ибо на разных географических долготах солнце кульминирует в различное время. Следовательно, на каждой долготе существует свое местное гражданское время. Если каждый будет жить по своему местному времени, это крайне неудобно, более того, современная социальная жизнь станет невозможной. Поэтому вводится поясное время. Вся поверхность Земли разбивается по долготе на 24 часовых пояса шириной 15 градусов каждый. В каждом поясе устанавливается время, соответствующее местному гражданскому времени середины пояса. На границах пояса местное время отличается от поясного на ± полчаса. Середина нулевого пояса проходит через меридиан Гринвича. Время гринвичского меридиана называется мировым, или всемирным временем, оно используется для временного учета событий. Каждое событие, где бы оно ни произошло, можно отнести к поясному времени любого пояса, для определенности оно относится к нулевому поясу, т. е. выражается во всемирном времени. На практике границы часовых поясов не проходят точно по меридианам. При определении границ часовых поясов учитываются разные факторы природного, социального и политического характера. В результате они имеют весьма извилистый вид.