Часовой угол точки весеннего равноденствия. Звездное время. Уравнение времени и связь среднего и истинного времени. «Время и его измерение»

Звездными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки Овна на одном и том же меридиане.

Звездным временем S называется промежуток времени от момента верхней кульминации точки Овна на заданном меридиане до данного момента.

Но угол поворота точки ¡ от полуденной части меридиана наблюдателя (рис. 3.15.) - есть часовой угол Овна*, поэтому звездное время, протекшее от верхней кульминации точки Овна, численно равно вестовому часовому углу этой точки, т.е. ¡ .

Если t¡ или S отсчитывается от местного меридиана, то получаем местное

звездное время S м = t м ¡ , если от гринвичского, получаем гринвичское звездное время S гр = t гр ¡ .

Большие промежутки времени в звездных сутках не выражаются, поэтому звездное время даты не имеет, и если S или t¡ превысит 24 ч (360°), то этот период отбрасывается, например, S = 375°20¢,0 = 15°20¢,0.

Основная формула времени. На рис. 3.15 показано изображение сферы на плоскости экватора, построенное так, как мы видели бы сферу со стороны Р N . Землю в центре вместе с меридианом P N E и отвесной линией ZO считаем неподвижными, а сферу – вращающейся с Е на W; полуночная часть меридиана наблюдателя (P N Q) изображена волнистой линией. Часовой угол точки ¡ изображается ÈЕ¡, местный часовой угол светила С - ÈED, а прямое восхождение - È¡D. Из рисунка видно, что

т.е. звездное время в любой момент равно вестовому часовому углу светила плюс его прямое восхождение.

Равенство (*), называемое основное формулой времени, справедливо для любого светила и точки сферы, например:

Из формулы (*) можно определить часовой угол светила

К правой части равенства (*) можно по надобности добавлять 360° (24 ч). С учетом этого формула примет вид

где t * = 360° - a * - звездное дополнение, считаемое от ¡ до меридиана

светила к W.

Формула (*) применяется для расчета часовых углов звезд, причем t * и S выбираются из Ежегодника. Формулы позволяют решать ряд задач на измерение времени. Например, для частных положений светила: в верхней кульминации t = 0 и S = a; в нижней t = 180° и S = 180° + a. Для верхней кульминации ¡ получим: S = 0 и t = t * .

Звездное время удобно при наблюдении объектов звездного неба и при решении астрономических задач, но не пригодно для применения в повседневной жизни. Это объясняется тем, что начало звездных суток приходится на разное время дня и ночи, т.е. солнечных суток.

Истинными солнечными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра видимого диска Солнца на одном и том же меридиане.

За начало истинных суток принимается истинная полночь, т.е. нижняя кульминация Солнца.

Истинным солнечным временем называется промежуток времени от момента нижней кульминации центра видимого диска Солнца до данного момента, выраженный в частях солнечных суток. Разность в продолжительности солнечных суток равна 12¢,8, или 51 с,2; зимой истинные сутки длиннее, а в конце лета – короче. Очевидно, что переменная единица неудобна. В жизни и технике требуется постоянная единица, за которую можно принять среднюю величину солнечных суток.

Единицы измерения времени

Наблюдение и измерение времени основано на обращении нашей планеты вокруг Солнца.

Время, которое прошло можно измерить исходя из следующих моментов.

Земля вокруг своей оси движется почти равномерно. Период этого движения равен периоду вращения небесного свода. В свою очередь период вращения небесного свода может быть определен из наблюдений за ним.

Таким образом, исходя из знания об угле поворота Земли от некоего начального положения можно сделать расчет прошедшего времени.

При этом за начальное положение Земли принимаются следующие моменты.

момент прохождения нашей планеты через выбранную точку на небе
момент верхней или нижней точки кульминации на выбранном меридиане.

Замечание 1

Основной единицей времени являются сутки. Их продолжительность зависит от выбранной точки на небе.

Такими точками являются:

точка весеннего равноденствия
центр видимого диска Солнца (истинное Солнце)
среднее солнце – некая умозрительная точка, расположение которой может быть определено теоретически и для любого момента времени.

Данные точки действуют для трех единиц времени, а именно:

звездные сутки
истинные солнечные сутки
средние солнечные сутки

Время, которое при этом измеряется, соответственно называется звездное время, истинное солнечное, и среднее солнечное.

Звездные сутки.

Звездными сутками называется отрезок прошедшего времени, который был зафиксирован между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия, которые были отмечены на одном и том же меридиане.

При этом за начало звездных суток на выбранном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.

Звездное время.

Звездным временем называют время, которое прошло с момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до любого иного её положения. Это время определяется в звездных часах, минутах и секундах.

Замечание 2

Пользование звездным временем удобно лишь в научных астрономических расчетах. В быту пользование такими расчетами неудобно. В частности, из-за того, что солнце лишь раз в году проходит точку кульминации весеннего равноденствия, в дальнейшем полдень наступает в различное время суток, что создает неудобство.

Истинные солнечные сутки.

Под этим термином понимается последовательность одноименных кульминаций Солнца, а если быть более точным, то центра солнечного диска на не меняющемся географическом меридиане. При этом началом истинных солнечных суток является момент нижней кульминации Солнца, что также называют истинной полночью.

Истинное солнечное время.

Определение 1

Под истинным солнечным временем $T$ понимается такое время, которое истекло после нижней кульминации нашего светила до любого иного его положения.

При этом, данное положение выражается в отрезках времени истинных солнечных суток, таких как истинные солнечные часы, минуты и секунды.

В результате истинное солнечное время $T$ на выбранном меридиане в искомый момент равняется часовому углу Солнца $t$. В свою очередь часовой угол Солнца $t$ определяется в часовой мере плюс $12h$.

В результате получается следующая формула:

$T¤ = t¤ + 12h$

Также следует сказать, что движение по небосклону истинного Солнца не равномерно в силу следующих причин:

Наше светило идет по эклиптике, а не по небесному экватору. Эклиптика наклонена к небесному экватору под углом = 23°27 Солнце движется по эклиптике неравномерно.

В силу данных причин истинные солнечные сутки в один день года могут быть больше чем в другой, или меньше. Поэтому из-за постоянного изменения длительности истинных солнечных суток применять их для отсчета времени в реальной жизни не представляется возможным.

Средние солнечные сутки.

Для получения суток постоянной длительности, взаимосвязанных с ходом Солнца, были введены следующие понятия.

Среднее эклиптическое и среднее экваториальное солнце – фиктивные точки, используемые астрономами для получения суток, которые отличались бы постоянной длительностью и были связаны с ходом Солнца.

Среднее эклиптическое солнце, двигается по эклиптике со среднею скоростью нашего светила. 3 июля и 4 января среднее эклиптическое солнце совпадает с реальным.

В свою очередь среднее экваториальное солнце идет по небесному экватору с постоянной скоростью, которая есть у среднего эклиптического солнца. Эклиптическое и экваториальное солнце одновременно проходят точку весеннего равноденствия.

Средние (солнечные) сутки – данным термином называется определенный промежуток времени между двумя последовательными кульминациями среднего экваториального солнца.

Замечание 3

При этом началом средних экваториальных суток считается момент, когда среднее экваториальное солнце достигает нижней своей кульминации. Этот момент так же называется средней полночью.

Среднее время $Tm$ – промежуток, который прошел от момента, когда произошла нижняя кульминация среднего экваториального солнца до любого иного положения солнца. При этом данное положение выражается в долях средних солнечных суток, а именно в средних часах, минутах и секундах.

В результате среднее время $Tm$ рассчитывается исходя из того, что оно равно численно в любой момент на нужном меридиане часовому углу $tm$ среднего экваториального солнца. В свою очередь часовой угол среднего экваториального солнца определяется в часовой мере $12h$.

В результате получаем такую формулу:

Эфемеридное время

Исследования показали, что средние сутки не являются постоянной величиной с помощью которой можно измерять время. Причиной непостоянства средних суток является в частности такой момент как то, что Земля вращается вокруг своей оси неравномерно, что приводит к изменению скорости планеты. Согласно наблюдениям величина таких изменений равна тысячной доли секунды.

В связи с этим в 1956 г. за основу за основу введенного эфемеридного времени была взята так называемая эфемеридная секунда.

Однако, в наше время взамен эфемеридного расчёта времени используется иное время, называемое земным динамическим временем. Это время приблизительно равно эфемеридному.

Атомное время

В связи с развитием технологий стало возможным установить большую точность времени, чем ранее астрономическими наблюдениями и расчетами.

В результате в 1964 г. были приняты атомные цезиевые часы как эталон времени.

Атомное время основано на атомной секунде. В свою очередь атомная секунда определяется как промежуток времени в ходе, которого электромагнитная волна совершает 9 192 631 771 колебаний. При этом электромагнитную волну излучает атом цезия во время перехода с одного энергетического уровня на иной.

Время и его виды. Соотношение между временами на различных меридианах.

Звездное время.

В мореходной астрономии важную роль играет звездное время. Звездным сутками называется промежуток времени полного оборота Земли относительно точки Овна. За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Следовательно, промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется звездными сутками . Промежуток времени в звездных единицах, протекший от начала звездных суток до данного физического момента, называется звездным временем. Звездное время принято обозначать буквой S. Поскольку начало звездных суток совпадает с началом счета часовых углов светил, то, следовательно, звездное время в данный момент есть часовой угол точки весеннего равноденствия, т.е.

S = t

Изобразим небесную сферу на плоскость небесного экватора. Пусть точка C представляет положение какой-либо звезды на сфере в данный момент времени; - положение точки весеннего равноденствия (точка Овна); t - западный часовой угол и- прямое восхождение звезды. Из рисунка видно, что звездное время в данный момент равно сумме, прямого восхождения и часового угла звезды в тот же самый момент, т.е.

S = t + (2.1)

Это выражение называется основной формулой времени . Оно связывает координаты светил со временем, позволяет переходить от звездного времени к солнечному и решать другие важные задачи. В мореходной астрономии эту формулу часто применяют для расчета часовых углов звезд:

t * W = S -

Чтобы упростить расчеты, заменим вычитание более удобным сложением, введя звездное дополнение:

= 360° - .

t * W = S + .

Звездное дополнение - это дуга небесного экватора от точки Овна до меридиана светила, отсчитываемое в сторону суточного вращения небесной сферы. Т.к. звездное дополнение учитывается в ту же стороны что и западные часовые углы, то в английских пособиях по мореходной астрономии эта координата обозначается как SHA - абривиатура от Sideral Hour Angle, что дословно переводится как звездный часовой угол.

Основное достоинство звездного времени - его равномерное изменение. Но в повседневной жизни звездное время не используется, т.к её основной недостаток - начало звездных суток приходится на разное время солнечных суток. Так 21-го марта Солнце (положение 1 на рисунке) расположено в точке Овна , при этом звездные сутки начинаются 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-го июня Солнце переместится в положение 3 - кульминация точки Овна произойдет в 6 ч утра. 23-го сентября, когда Солнце будет в положении 4, звездные сутки начнутся в полночь. 22-го декабря Солнце будет в положении 4, поэтому звездные сутки начнутся вечером в 18 ч.

Среднее время.

Солнечным , или истинным сутками называется промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями центра Солнца на одном и том же меридиане. За начало солнечных суток обычно принимается нижняя кульминация Солнца, поэтому истинным солнечным временем (Т)называется промежуток времени от нижней кульминации Солнца до данного момента.

Однако истинное время имеет большой недостаток - оно изменяется неравномерно. Это следует из второго закона Кеплера, согласно которого за равные промежутки времени радиус-вектор планеты описывает одинаковые площади. Поэтому суточное изменение прямого восхождения Солнца неодинаково в течение года - изменяется от 53,8" до 66,6". Следовательно, разность между самыми длинными и самыми короткими солнечными сутками составит 66,6" -53,8" =12,8" или 51с (почти 1 минута).

Для того чтобы сутки были одинаковой продолжительности их отсчет ведется по так называемому среднему Солнцу. Средним Солнцем называется фиктивная точка, которая в отличии от истинного Солнца движется равномерно по небесному экватору. Средними сутками называется промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца на меридиане наблюдателя.

Средним временем называется промежуток времени между нижней кульминации среднего Солнца и данным моментом. Измеряется дугой небесного экватора от полуночной части меридиана наблюдателя до меридиана среднего Солнца. Среднее время измеряется в часовой мере.

T = t± 12 ч (2.2)

Так как среднее Солнце движется равномерно, а истинное Солнце неравномерно, то истинное Солнце будет то обгонять, то отставать от среднего Солнца.

Среднее значение, основанное на измерениях в ряде мест. Среднее солнечное время начального меридиана. За начальный меридиан условно принимается меридиан обсерватории в Гринвиче (Великобритания).

Координированное всемирное время (UTC)

Заменяет среднее гринвичское время в качестве общепризнанного международного стандарта часового времени. Оно является основой для гражданского времени во многих государствах и используется при вещании всемирного сигнала времени, который используется в авиации.

Местное время

Время на меридиане наблюдателя. Оно может быть, истинным солнечным, средним солнечным и звёздным.

Истинное солнечное время (Ти)

Часовой угол (угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора на запад от небесного меридиана, выражающееся в часовой мере из расчета 24 час = 360o (1 час = 15o, 1 мин = 15"). Солнца, увеличенный на 12 часов (измеряется к западу от небесного меридиана). Момент пересечения Солнцем меридиана называют истинным полднем. Истинное солнечное время показывают простые солнечные часы. Для перевода времени в угловую величину и обратно можно воспользоваться таблицей:

Перевод времени в угловую величину и обратно

Среднее солнечное время (МТ)

Время, измеряемое часовым углом некоторой воображаемой точки, называемой средним солнцем, движущейся равномерно по экватору, положение которой совпадает с центром истинного Солнца в моменты осеннего и весеннего равноденствий. Отличается от времени солнечного из-за эллиптичности земной орбиты и ее наклона к экватору. Разность между средним солнечным и истинным солнечным временами равна поправке, называемой уравнением времени (текущая разность между истинным и средним солнечным временем), не превышающей 16 минут, вычисляемой теоретически и приводимой в астрономических календарях. Средний солнечный полдень – 12 часов по местному времени. Разность между средним и истинным солнечным временем или разности прямых восхождений истинного и среднего Солнца называется "уравнение времени " .

Звездное время (S)

Местное звёздное время в данный момент численно равно часовому углу точки весеннего равноденствия, называемую также точкой Овна . Промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звёздными сутками. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы происходит за 23 час 56 мин 04 сек среднего солнечного времени, так как Солнце, двигаясь по эклиптике, несколько отстает от суточного вращения небесной сферы. В году содержится звездных суток ровно на одни больше, чем средних солнечных. Звездные сутки делятся на звездные часы, минуты и секунды. Звездные сутки на 3 мин 56 сек короче средних солнечных суток, звездный час короче общепринятого на 9.86 с. Звездное время применяется в авиационной астрономии при определении линий положения и курса самолета по звездам или места самолета (МС) с помощью астрономических методов.

Местное гражданское время

Среднее солнечное время, отсчитываемое от момента нижней кульминации среднего Солнца.

Поясное время (Тп)

Время, равное местному гражданскому времени среднего меридиана данного часового пояса. Устанавливается по международному соглашению в областях и странах для того, чтобы по всей планете отличие местного времени от всемирного составляло целое число часов. Для этого вся поверхность Земли разделена приблизительно вдоль меридианов на 24 часовых пояса. Средние меридианы часовых поясов проходят по долготам 15, 30, 45, ... градусов к западу от Гринвича вдоль точек земной поверхности, в которых среднее солнечное время (МТ), соответственно, на 1, 2, 3, ... часа отстает от гринвичского. Обычно города и прилегающие к ним области живут по времени ближайшего среднего меридиана. Линии, разделяющие зоны с различным официальным временем, называются границами часовых поясов. Обычно они следуют не строго вдоль меридианов, а совпадают с административными границами.

Соотношения времени

Итак, для каждой точки Земли, находящейся на долготе X, можно указать местное истинное солнечное время Ти; местное среднее солнечное время МТ; поясное время Тп; сезонное зимнее время Тз; сезонное летнее время Тл; местное звёздное время S. Вот формулы для тех, кому необходимо перевести одно время в другое (из-за декретного времени две последние формулы верны для России):

МТ = Ти + t,
МТ = UTC + X,
Тп = UTC + n,
Тз = UTC + n + 1 ч,
Тл = UTC + n + 2 ч,
S = s + МТ (приближённо),

Где t - уравнение времени; n - номер часового пояса; s - звёздное время в гринвичскую полночь (таблица звёздного времени приводится в астрономических календарях).

Пример: долгота Москвы X равна 2 ч 30 мин. Средний солнечный полдень - это 12ч по местному времени (МТ). По мировому времени ему соответствует UT = 12 ч - 2 ч 30 мин = 9 ч 30 мин, по московскому зимнему времени - 12 ч 30 мин, по московскому летнему времени - 13 ч 30 мин.

Таким образом, если вы житель Москвы, то ваше время на 3 часа опережает всемирное зимой и на 4 – летом. Но все это, кроме истинного солнечного времени, условные точки, не связанные непосредственно с реальными астрономическими событиями. Только время восхода, захода Солнца и момент истинного полдня, устанавливаемый при помощи солнечных часов непосредственно в нужный момент в нужной точке Земли имеют действительную связь с космическими процессами. (хотя, если быть до конца точным, то истинный восход происходит на 5 минут позже наблюдаемого, а истинный заход – на 5 минут раньше вследствие явления атмосферной рефракции).

Время в FS2004

Счёт времени в FS2004 ведётся по GMT в полном соответствии с астрономией. Часовые пояса меняются через 15 градусов долготы. Соответственно учет поясного (зимнего, летнего) времени необходимо производить самостоятельно по местоположению и времени GMT. Для времени симулятора к поясному времени используются дополнительные утилиты или сценарии (см. Ссылки). Но необходимо помнить, что, в ряде случаев, из-за подобных утилит, действие некоторых приборов, трафика и других приложений, связанных со временем, будет выглядеть иначе, чем без них.

В мореходной астрономии важную роль играет звездное время. Звездным сутками называется промежуток времени полного оборота Земли относительно точки Овна. За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Следовательно, промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется звездными сутками . Промежуток времени в звездных единицах, протекший от начала звездных суток до данного физического момента, называется звездным временем. Звездное время принято обозначать буквой S. Поскольку начало звездных суток совпадает с началом счета часовых углов светил, то, следовательно, звездное время в данный момент есть часовой угол точки весеннего равноденствия, т.е.

Изобразим небесную сферу на плоскость небесного экватора.Пусть точка C представляет положение какой-либо звезды на сфере в данный момент времени; – положение точки весеннего равноденствия (точка Овна); t – западный часовой угол и – прямое восхождение звезды. Из рисунка видно, что звездное время в данный момент равно сумме, прямого восхождения и часового угла звезды в тот же самый момент, т.е.

S = t + (2.1)

t * W = S –

Чтобы упростить расчеты, заменим вычитание более удобным сложением, введя звездное дополнение:

= 360° – .

t * W = S + .

Звездное дополнение – это дуга небесного экватора от точки Овна до меридиана светила, отсчитываемое в сторону суточного вращения небесной сферы.

Т.к. звездное дополнение очитывается в ту же стороны что и западные часовые углы, то в английских пособиях по мореходной астрономии эта координата обозначается как SHA – абривиатура от Sideral Hour Angle, что дословно переводится как звездный часовой угол.

Основное достоинство звездного времени – его равномерное изменение. Но в повседневной жизне звездное время не используется, т.к её основной недостаток – начало звездных суток приходится на разное время солнечных суток. Так 21-го марта Солнце (положение 1 на рисунке) расположено в точке Овна, при этом звездные сутки начинаются 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-го июня Солнце переместится в положение 3 – кульминицая точки Овна произойдет в 6 ч утра. 23-го сентября, когда Солнце будет в положении 4, звездные сутки начнутся в полночь. 22-го декабря Солнце будет в положении 4, поэтому звездные сутки начнутся вечером в 18 ч.

Среднее время

Для того чтобы сутки были одинаковой продолжительности их отсчет ведется по так называемому среднему Солнцу. Средним Солнцем называется фиктивная точка, которая в отличии от истинного Солнца движется равномерно по небесному экватору.
Средними сутками называется промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца на меридиане наблюдателя.

T = t ± 12 ч (2.2)

Уравнение времени и связь среднего и истинного времени.

Уравнением времени называется разность среднего и истинного времени, численно равная разности часовых углов среднего и истинного Солнца, т.е.

= t – t (2.3)

Получение часового угла Солнца по известному времени.
t = T ± 12 –
Получение времени времени кульминации Солнца.
Для верхней кульминации t = 0, поэтому из последней формулы имеем
Т в.к = 12 ч +
Эту взаимосвязь наглядно можно увидеть на представленном фрагменте МАЕ (внизу на правом развороте ежедневных страниц).

Связь среднего и звездного времени

Применяя основную формулу времени к среднему Солнцу S = t + , но из формулы времени t = T ± 12 ч, поэтому

S = T ± 12 ч + (2.4)

Скачать одним файлом (word) с иллюстрациями.

Все файлы доступны только для зарегистрированных пользователей.Регистрация занимает не более пары минут.

zvezdnoe_vremia.doc (147,0 KiB, 44 hits)
У Вас нет доступа для скачивания этого файла.