VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Сутки, определяемые вращением Земли, служат основной единицей измерения коротких отрезков времени, но большие промежутки удобнее измерять более длинной единицей. Кроме того, повседневная деятельность человека тесно связана не только со сменой дня и ночи, но и со сменой сезонов года. Поэтому продолжительность года, определяемая орбитальным вращением Земли вокруг Солнца, также является важной единицей времени [8].

Как и в случае с сутками, продолжительность года зависит от выбора метки, относительно которой определять годичное обращение Земли. Прежде всего, мы склонны рассматривать год как время, за которое Солнце совершает полный круг по небу. Измерить длину такого года мы можем путем наблюдения за перемещением Солнца среди звезд. Это можно сделать, отмечая, какие звезды восходят сразу после захода Солнца или заходят на восходе Солнца. Можно установить и другие взаимосвязи положения Солнца и положения звезд. Такой год называется сидерическим или звездным годом, и равен 365.25636 суток, что составляет 365 суток 6 часов 9 минут 10 секунд [4].

Однако смена сезонов года определяется изменением видимого положения Солнца относительно точек равноденствий (что вызывает изменение максимальной за сутки высоты Солнца над горизонтом), которые к тому же из-за прецессии смещаются относительно звёзд навстречу Солнцу на 50" в год. Из-за этого смещения продолжительность промежутка времени между двумя последовательными прохождениями Солнца точки весеннего равноденствия будет меньше звездного года. Этот промежуток называется истинным или тропическим годом. Его продолжительность равна 365.2421988 суток (365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд). Принимается, что и среднее солнце за это же время возвращается к точке весеннего равноденствия [2, 4].

Определение продолжительности года являлось важной задачей для греческих астрономов раннего периода, и с этим вопросом связано много трудов в греческой астрономии. Древнегреческие астрономы Эвктемон и Метон довольно точно знали продолжительность времен года, но пользовались, скорее всего, сидерическим годом: год в календаре Метона был на 1/76 суток длиннее 365 1/4 суток, а это ближе к сидерическому году, чем к тропическому [9].

Как нам известно, сидерический год примерно равен 365,256 суток, а тропический год равен 365,242 суток; разница составляет около 20 минут. Тогда разница, накопившаяся, скажем, за три столетия между исчислением времени этими различными по продолжительности годами, составит 6000 минут, или около 4 суток. Такую величину уже легко заметить. Через некоторое время после появления трудов Метона и Эвктемона получающееся расхождение повлияло, по-видимому, на принятое значение для продолжительности года, но еще не привело к осознанию того факта, что имеется два различных типа года. Так, Каллипп, примерно столетие спустя после Метона и Эвктемона, сократил год до 365 1/4 суток, но два типа года он не различал. Первым, кто явно отметил это различие, был Гиппарх, который точно определил положение апогея и перигея Солнца [2, 4].

Ни тропический, ни звездный год не содержат целого числа средних солнечных суток. Поэтому в качестве гражданского календаря в Европе в 46 г. до н.э. был введен юлианский календарь, названный так в честь Юлия Цезаря. Календарь определяется четырехлетним циклом: после трех лет, в каждом из которых 365 суток, следует високосный год из 366 суток. Поэтому один год в юлианском календаре равен 365,25 средних солнечных суток и называется юлианским годом. Следовательно, одно юлианское столетие содержит ровно 36525 средних солнечных суток. В связи с заменой секунды времени как части средних солнечных суток на атомную секунду было изменено определение юлианского года. Сейчас юлианский год равен 365,25 атомных суток. Юлианское столетие принято в качестве одной из основных единиц времени в астрометрии и используется в фундаментальных формулах учета прецессии, формулах, связывающих звездное и всемирное время и т.д. [1, 4].

После того, как задана продолжительность года, любое событие может быть определено номером года и дробной частью, например 1999,2435. Заметим, что сейчас в системе счета лет используется юлианский год, а до 1976 г. использовался бесселев год. Для того, чтобы по возможности сблизить начала календарного и тропического годов, по предложению немецкого астронома Ф.В.Бесселя (1784-1846), в честь которого год и был назван, за начало астрономического (тропического) года принимают момент, когда прямое восхождение среднего экваториального солнца равно 18ч40м. Отсчитываемый от этого момента тропический год называется бесселевым годом. Начало бесселева года, таким образом, всегда близко к началу тропического года. Продолжительность бесселева года определяется промежутком времени, за который прямое восхождение среднего экваториального Солнца увеличивается ровно на , и всего на ( - число столетий от эпохи 1900.0) короче продолжительности тропического года[6]. Если пренебречь малой вековой разницей, и принять продолжительность бесселева года за , то с каждым следующим простым годом начало бесселева года будет смещаться на вперед, а в високосный - на назад, т.е. начало бесселева года приходится на разные дни. Смещение начала бесселева года для фундаментальной эпохи "Таблиц Солнца" Ньюкомба можно найти следующим образом. На эпоху прямое восхождение среднего экваториального Солнца равно по вычислениям Ньюкомба: , а скорость изменения в сутки, как будет показано ниже, равна: . Следовательно, от фундаментальной эпохи до начала бесселева года 1900.0, когда , прошло или суток, если считать календарные сутки от полуночи.

Если требуется вычислить бесселеву эпоху для известной юлианской даты JD, то можно воспользоваться формулой, рекомендованной МАС [7]:

В этом выражении продолжительность бесселева года в эпоху (юлианская дата ) равна продолжительности тропического года .

К началу бесселева года было принято приводить наблюдения звезд в XIX и XX веках, и в качестве стандартных эпох, на которые определялось положение среднего экватора и равноденствия, использовались эпохи . Символ "B" в этой записи указывает на момент начала соответствующего бесселева года^.

Вычисления в системе юлианских дат значительно проще, и юлианская эпоха для известной юлианской даты JD определяется формулой [2, 4]:

Тропический год и календарь - это единицы измерения длительных промежутков времени. Применяя системы счета времени в решении геодезических и астрономических задач, в зависимости от условий задания и требуемого результата мы используем как тропический год, так и календарный. Сюда относятся и измерения координат звезд, времени наблюдения светил для геодезической астрономии, которые также пользуются этими единицами счета времени [3].

В таблице приведены выписанные из Астрономического ежегодника (АЕ) на текущий год значения звездного времени в среднюю Гринвичскую полночь и среднего времени в определенные даты, из которых можно сделать вывод о расхождении звездного и среднего времени. В третьем столбце приведена разница между звездным и средним временами за сутки, которую также можно использовать для вычисления разницы звездного и среднего времен для более продолжительных промежутков времени [2, 3, 5].

Дата	So
17.03	11h37m58s	58.0750
18.03	11h41m56s	54.6304
22.03	11h57m	41.3849
16.04	13h36m15s	14.7361
21.06	17h56m	27.8453
16.09	23h39m28s	27.7074
21.09	23h59m	10.8653
21.12	5h57m	57.3979

С помощью вспомогательных таблиц Астрономического ежегодника (IIa, IIIa, IIв, IIIв) также можно осуществлять переход от среднего к звездному времени и обратно, учитывая редукцию в единицы времени [2, 3, 5].

µm – редукция промежутка времени в звездные единицы. Редукция µm всегда прибавляется к промежутку времени, выраженному в средних единицах, для получения того же промежутка времени, выраженного в звездных единицах. Редукцию µm выбирают из вспомогательных таблиц по аргументу среднего времени m. Таблицей IIа пользуются, если промежуток среднего времени задан до целых секунд, а таблицей IIIа – если промежуток времени задан до десятых или сотых долей секунды [2].

В таблицах ниже показано как промежутки времени 14h28m37s и 14h28m37.46s, заданные в средних единицах, выражаются в звездных единицах времени.

По таблице IIа (АЕ):

m	14h28m37s	редукция	2m22s
µm	2m23s	редукция	0.7
	14h31m0s		2m22.7

По таблице IIIа (АЕ):

m	14h28m37.46s	редукция	2m22s
µm	2m22.6s	редукция	0.69 0.003
	14h31m0.15s		2m22.693s

Таким образом, с помощью данных АЕ, в котором указываются различные промежутки времени, можно решать разноплановые геодезические задачи, используя звездное или среднее время в зависимости от поставленных задач, а именно от длины заданного промежутка времени, моментов наблюдений и измерений и другое. Координаты светил и небесных тел и прочие их характеристики в АЕ указываются для определенной эпохи, что позволяет обнаружить закономерности их изменения и использовать полученные данные при решении прикладных астрономических задач.

Литература:

1. Абалакин В.К., Краснорылов И.И., Плахов Ю.В. - Геодезическая астрономия и астрометрия – Москва «Картгеоцентр» - «Геоиздат»1996.;

2. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;

3. Гиенко Е.Г. - Астрометрия и геодезическая астрономия – Новосибирск СГГА 2010;

4. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;

5. Астрономический ежегодник на 2014 год. – СПб.: Наука, 2013;

6. Труды ИПА РАН. Вып. 10. В.А. Брумберг, Н.И. Глебова, М.В. Лукашева, А.А. Малков, Е.В. Питьева, Л.И. Румянцева, М.Л. Свешников, М.А. Фурсенко. Расширенное объяснение к «Астрономическому ежегоднику». – СПб.: ИПА РАН, 2004.

7. www.astronet.ru

8. www.hea.iki.rssi.ru

9. www.portvein777.narod.ru

Код для цитирования: Скопировать