1.4. Какой период положить в основу солнечного календаря?
Нам уже известно,
что дата в солнечном календаре указывает на сезон года. Отсюда понятно, что в основу любого солнечного календаря должен быть положен период, с которым меняются сезоны года. А они, как известно из начальной школы, меняются потому, что Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за один год.
Следовательно, и сезоны года меняются с периодом в один год.
Это совершенно правильный ответ. Но очень не точный, он нас не устраивает.
Поэтому поставим вопрос немного по-другому: «Что значит полный оборот Земли вокруг Солнца?», или иначе:
Как установить тот факт, что Земля совершила полный оборот вокруг Солнца?
Может быть так? — В какой-то момент Земля была ближе всего к Солнцу (в перигелии своей орбиты, это бывает в первых числах января), потом сделала полный оборот и снова вернулась туда же? Соответствующий промежуток времени астрономы называют аномалистическим годом. Его продолжительность равна 365,2596 средних солнечных суток.
А может быть по-другому? Если бы мы находились среди далёких звёзд, т.е. смотрели на Солнечную систему издалека, то обнаружили бы, что Земля обращается вокруг Солнца с периодом 365,25636 средних солнечных суток. Этот период называется сидерическим или звёздным годом.
А может, ещё по-другому? Земля обращается вокруг Солнца, а нам, жителям Земли, кажется, что Солнце движется по эклиптике среди звёзд. Период, с которым Солнце движется по эклиптике, называется тропическим годом.
Тропический год — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия (или через точку летнего солнцестояния, или осеннего равноденствия, или зимнего солнцестояния).
Такое определение тропического года не совсем корректно (См. О некорректности некоторых определений) но для наших целей оно вполне удовлетворительно.
А ещё астрономы знают драконический год. Это тоже в некотором смысле период обращения Земли вокруг Солнца.
Итак, какой год взять за основу солнечных календарей?
Ещё несколько слов о сезонах года
В июне-июле Солнце далеко смещается в северное полушарие неба, — в то полушарие неба, где расположена Полярная звезда. Поэтому Солнце сильно прогревает северное полушарие Земли, где в это время — лето. Наоборот, в декабре-январе Солнце далеко уходит в южное полушарие неба, поэтому оно прогревает южное полушарие Земли, и лето там, а в северном полушарии Земли в декабре-январе зима.
Это наглядно видно на карте:
Нам уже известно (см. 1.1.4. О годовом движении Солнца), что момент прохождения Солнца через точку весеннего равноденствия является началом астрономической весны . По своей сути этот момент является переходным от зимы к лету для северного полушария Земли.
Ну, сами посудите, как же может быть иначе? Летом дни длинные, зато ночи короткие, а зимой всё наоборот. В день весеннего равноденствия продолжительности дня и ночи в точности уравниваются1. Поэтому момент прохождения Солнца через точку весеннего равноденствия и принят за начало астрономической весны.
Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называется тропическим годом. Т.е. была весна (в северном полушарии Земли), а потом снова наступит весна.
Кроме того, тропический год равен также промежутку времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через любую из точек: летнего солнцестояния, осеннего равноденствия или зимнего солнцестояния. Иначе говоря, при определении тропического года можно взять любую точку равноденствия или солнцестояния.
Ещё раз напомню, что такое определение тропического года не совсем корректно (См. О некорректности некоторых определений), но для наших целей оно вполне достаточно.
Итак, сезоны года повторяются с периодом, равным тропическому году.
По современным данным его продолжительность на 1 января 2000 года равна 365,2421897 ср. солн. суток или 365 дней 5 часов 48 минут 45,19 секунды.
В дальнейшем в качестве приближённого значения для продолжительности тропического года примем 365,2422 ср. солн. суток.
Почему у разных годов разная продолжительность?
— звёздного (сидерического) года 365, 25636 ср. солн. суток,
— аномалистического года 365,2596 ср. солн. суток,
— тропического года 365,2422 ср. солн. суток
С точки зрения геометрии и кинематики именно звёздный год и есть тот самый период, с которым Земля обращается вокруг Солнца.
Орбита, по которой Земля обращается вокруг Солнца, под воздействием планет Cолнечной системы, особенно таких, как Юпитер и Сатурн, со временем немного меняется. В частности перигелий орбиты Земли очень медленно движется так, что Земле приходится его догонять, а на это требуется время. Поэтому аномалистический год длиннее звёздного.
Тропический год, наоборот, короче звёздного, потому что точка весеннего равноденствия сама медленно движется по небу навстречу Солнцу, следовательно, Солнце и точка весеннего равноденствия встречаются раньше, чем Земля сделает полный оборот вокруг Солнца.
Т.е. равноденствия наступают немного раньше, «чем положено». Такое явление, получившее название «предварение равноденствий», объясняется прецессией земной оси. Оно было открыто основоположником научной астрономии Гиппархом из Никеи около 120 года до н.э. , а также независимо от него китайским астрономом Юй Си около 330 г. нашей эры.
Какой год самый «главный»?
Правильный ответ вы, наверное, уже и сами знаете.
— В небесной механике естественным образом возникает и поэтому является самым главным аномалистический год.
— Если нужно охарактеризовать обращение Земли вокруг Солнца в пространстве, — то главным является звёздный год.
— В теории солнечных календарей главным является тропический год, потому что сезоны года повторяются с периодом, равным тропическому году.
— Наконец, предсказания солнечных и лунных затмений выполняются на основе т. н. драконического года (346,620 ср. солн. суток).
Как измерить продолжительность тропического года?
Древний человек, у которого нет никаких астрономических инструментов, мог бы поступить так. В южной стене прочного помещения или пещеры делается такое отверстие, в которое прямые солнечные лучи в полдень попадают только дважды в год, — весной и осенью, а затем подсчитывается количество прошедших суток и лет.
Количество суток определяется по чередованию дня и ночи. Счёт лет следует начинать от дня появления весеннего солнечного луча, а затем наблюдать следующие появления. При этом нужно иметь в виду, что в какие-то годы наблюдения могут не получиться из-за плохой погоды.
В результате таких примитивных наблюдений станет известно, m суток составляют n лет. Тогда средняя продолжительность тропического года будет приближённо равна дроби m/n.
Спустя 20 лет можно будет утверждать, что продолжительность тропического года приблизительно равна 365,25 суток, что достаточно для создания юлианского календаря. Для создания календаря, подобного григорианскому, придётся наблюдать несколько сотен лет.
И ещё. Для определения продолжительности тропического года можно также наблюдать полуденную высоту Солнца, которая, как известно, минимальна в дни солнцестояний. Известно, что знаменитый древнегреческий астроном Метон для наблюдения солнцестояний воздвигал свои стелы (колонны) и инструменты в Афинах у самой площади народных собраний.
Около 125 до н.э. Гиппарх из Никеи уточнил продолжительность тропического года и синодического месяца, — промежутка времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны.
Согласно Гиппарху 304 солнечных года соответствуют 3760 лунным месяцам. Это позволило ему получить более точные значения продолжительности и тропического года, и синодического месяца, приблизив их к истинным значениям.
По данным Гиппарха, солнечный год равнялся 365 дням 5ч 55 мин 16 сек, а лунный месяц — 29 дням 12 ч 44 мин 2,5 сек. Первая из этих величин всего лишь на 6 мин 30,41 сек больше принятого в настоящее время значения, а вторая — на 0,5 сек меньше.
- 1. Явления, которые не относятся к рассматриваемому вопросу, например такие, как атмосферная рефракция, в расчёт не принимаем.
Источник
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 Тʘ
Истинное солнечное время выражается через часовой угол Солнца, увеличенный на 12 часов: Тʘ = tʘ + 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 Тm.
Средне солнечное время Тm на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу Солнца: Тm = tm + 12 h
6 Всемирное, поясное и декретное время
Местное среднее солнечное время гринвичского меридиана называется всемирным или мировым временем Т0.
Местное среднее солнечное время любого пункта на Земле определяется: Тm= Т0 + λ h
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: ТП= Т0 + n
В России в практической жизни до марта 2011 г. использовалось декретное время:
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 ОМ1, по которому наблюдатель видит светило, оказывается отклонённым в сторону зенита и не совпадает с направлением ОМ2, по которому бы он видел светило при отсутствии атмосферы.
Явление преломления световых лучей при прохождении земной атмосферы называется астрономической рефракцией. Угол М1ОМ2 называют углом рефракции или рефракцией ρ.
Угол ZOM1 называется видимым зенитным расстоянием светила zʹ, а угол ZOM2 – 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.
Источник