Визначення часу
Усе наше життя пов'язане з періодичною зміною дня та ночі, пір року. На цих повторюваних астрономічних явищах базуються основні одиниці часу - доба, місяць, рік. Основна величина для вимірювання часу пов'язана з періодом повного обертання земної кулі навколо своєї осі.
Момент верхньої кульмінації центра Сонця називають дійсним півднем, нижньої кульмінації дійсною північчю.
Інтервал часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями центра Сонця називають дійсною сонячною добою.
Час що пройшов від моменту нижньої кульмінації центра сонячного диска до будь-якого іншого його положення на тому самому географічному меридіані, називають дійсним сонячним часом.
Дійсна сонячна доба періодично змінює свою тривалість. У цього є дві причини : 1) нахил площини екліптики до площини небесного екватора, 2) еліптична форма орбіти Землі. Коли земля перебуває на ділянці еліпса, розміщеній ближче до Сонця, то вона рухається швидше. Через півроку Земля, перебуваючи в протилежні частині еліпса, буде переміщуватися повільніше. Нерівномірний рух нашої планети по своїй орбіті спричиняє нерівномірне видиме переміщення Сонця на небесній сфері. Тобто в різні пори року Сонце переміщується з різною швидкістю. Тому тривалість дійсної сонячної доби постійно змінюється.
Із за цієї причини в повсякденному житті використовують не дійсну, а середню сонячну добу, тривалість якої прийнято сталою.
Щоб зрозуміти що таке середня сонячна доба потрібно уявити точку, що протягом року робить один повний оберт навколо Землі за такий час як і Сонце, але при цьому переміщується рівномірно по небесному екватору, а не по екліптиці. Таку уявну точку називають середнім екваторіальними сонцем.
Верхню кульмінацію середнього екваторіального сонця називають середнім полуднем, інтервал часу між двома послідовними середніми полуднями - середньою сонячною добою. Тривалість її завжди однакова 24 години. Кожна година ділиться на 60 хвилин, кожна хвилина на 60 секунд. За початок середньої сонячної доби прийнято середню північ. Інтервал часу від моменту нижньої кульмінації середнього екваторіального Сонця до будь-якого іншого його положення на тому самому географічному меридіані називають середнім сонячним часом.
Різницю між середнім сонячним часом і дійсним сонячним часом у той самий момент називають рівнянням часу η= Тλ - Т☉.
Зоряна доба дорівнює інтервалу часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями точки весняного рівнодення і становить близько 23 год 56 хв 4 с. Момент верхньої кульмінації цієї точки, прийнятим за початок зоряної доби, вважається 0 годин зоряного часу.
Час від моменту верхньої кульмінації точки весняного рівнодення до будь-якого іншого її положення на тому самому географічному меридіані називають зоряним часом.
Визначення географічної довготи
Вимірювання часу сонячною добою пов'язане з географічним меридіаном. Час, виміряний за на цьому меридіані, називають місцевим часом даного меридіана, і він однаковий для всіх пунктів, що перебувають на ньому. Кульмінація будь-якої точки небесної сфери відбувається в різний час на різних меридіанах земної кулі. Причому, що східніше земний меридіан, то раніше в пунктах які лежать на ньому відбувається кульмінація або починається доба. Якщо Земля щогодини повертається на 15°, різниця часу двох пунктів в одну годину відповідає різниці довгот 15°. Звідси можна зробити висновок: різниця місцевого часу двох пунктів на Землі чисельно дорівнює різниці значень довготи, виражених у годинній мірі.
Нульовий меридіан для відліку географічної довготи прийнято меридіан, що проходить через Гринвіцьку обсерваторію поблизу Лондона. Місцевий середній сонячний час Гринвіцького меридіана називають всесвітнім часом. Моменти явища за місцевим часом якого-небудь пункту легко визначити, знаючи довготу цього пункту від Гринвіча.
Сьогодні існує введена поясна система рахунку середнього сонячного часу. Відповідно до цієї системи усю земну кулю розділено на 24 годинних поясах, кожний з яких розміщений по довготі на 15° (або одна година). Годинний пояс Гринвіцького меридіана вважають нульовим. Іншим поясам, у напрямку від нульового на схід, присвоєно номери від 1 до 23. У межах одного поясу в усіх пунктах у певний момент поясний час однаковий. У сусідніх поясах він відрізняється рівно на годину. Межі поясів у малонаселених місцях, на морях та океанах проходять по меридіанах віддалених на 7,5° до сходу і заходу від центрального меридіана даного годинного поясу. В інших районах межі поясів для більшої зручності проведено за державними та адміністративними межами, гірськими хребтами, річками та іншими природними межами.
Знаючи всесвітній час (Т0) і номер поясу даного місця (n), можна знайти поясний час: Т☉ = Т0 + n.
Виключивши всесвітній час з рівнянь λ=Тλ - Т☉ і Тn = Т0 + n
Одержимо співвідношення, що дає змогу визначити географічну довготу за поясним часом і часом для місцевості з географічною довготою λ(Тλ ) : Тn - Тλ = n – λ.
Система поясного рахунку часу усуває незручності, пов'язані з використанням і місцевого, і всесвітнього часу. Час різниться тільки на ціле число годин.
Відповідно існує межа, що відкриває нову дату і день тижня. Міжнародна лінія зміни дат проходить через Берингову протоку між островами Тихого океану від північного до південного полюса.
Найбільш надійним фізичним часом вважається атомний час. За еталон прийнято атомні годинники.
Календар
Календар - система обліку тривалих інтервалів часу, в основі якої лежать періодичні астрономічні явища: зміна дня і ночі, зміна місячних фаз, зміна пір року.
Всі календарні системи спирається на три основні одиниці часу: середню сонячну добу, синодичний місяць, тропічний рік.
Синодичний місяць це інтервал часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця.
Тропічний рік - інтервал часу між двома послідовними проходженнями центра Сонця через точку весняного рівнодення.
Через повільний рух точки весняного рівнодення назустріч Сонцю відносно зір, Сонце буде в тій самій точці неба через інтервал часу на 20 хвилин 24 секунди більший ніж тропічний рік. Його називають зоряним роком і він має 365,2564 середньої сонячної доби.
Синодичний місяць і тропічний рік не мають цілого числа середньої Сонячної доби. Усі три міри часу на порівнянні. Неможливо підібрати таке ціле число тропічних років, у якому вміщувалося б ціле число синодичних місяців і ціле число середніх сонячних діб. Прагнення узгодити між собою добу, місяць і рік привело до того, що в різних народів було створено багато різних календарів. Умовно їх можна розділити на 3 типи: місячні, місячно- сонячні, сонячні.
У місячному календарі рік ділиться на 12 місяців, що містять змінно 30 або 29 діб. Усього в календарі 354 або 355 середніх сонячних діб. Цей календар широко використовується в мусульманських країнах.
Найскладніші це місячно - сонячні календарі. У них сума деякої кількості місячних місяців приблизно відповідає тривалості тропічного року. В основі цих календарів лежить співвідношення: 19 сонячних років дорівнює 235 місячним місяцям. Рік ділиться на 12 місяців, кожен з яких починається з молодика. У нас час така система збереглася в єврейському календарі який має 12 або 13 місяців.
Одним з перших сонячний календар вважається єгипетський, створений ще в 4 тис. до н.е. За цим календарем рік складався з 12 місяців по 30 днів у кожному, а в кінці року додавалося ще 5 святкових днів. Сучасний календар бере початок від сонячного римського календаря, що з'явився в результаті реформи Юлія Цезаря. Звідки й походить його назва - юліанський календар. Середня тривалість року за цим календарем дорівнює 365,25 доби, що відповідає тривалості тропічного року. Для зручності 3 роки поспіль вважали по 365 днів, а на четвертий, високосний, додавали зайву добу. Рік складався з 12 місяців: 31 день в непарних місяцях, 30 в парних, в лютому не високосного року 28 днів.
Через те що тривалість юліанського року довша за тропічний на 11 хвилин 15 секунд, за 128 років накопичувалася помилка в цілу добу. За багато років календар почав значно запізнюватися. Помилку було виправлено в 1582 році, коли Папа Римський Григорій 13 реформував календар. Було пересунуто рахунок днів на 10 днів уперед і повернуто весняне рівнодення на 21 березня. Виправлений календар отримав назву григоріанський. Кожен четвертий рік у григоріанському календарі високосний, за винятком років із цілим числом сторіч. Такий рік вважається високосним тільки тоді, коли число сотень ділиться на 4 без залишку. Григоріанський календар довший за сонячний рік лише на 27 секунд. Зайва доба набігає за 3226 років.