Всі, хто цікавиться астрономією, знають, що слово "доба" має багато різних значень. Наприклад, зоряна доба, сонячна доба. Але останнім часом виникло багато нових понять, для яких використовується те саме слово. У цій статті ми дамо точніші визначення.
1. Доба як одиниця часу
Насамперед нагадаємо, що одиницею часу в астрономії, як і інших науках, є секунда міжнародної системи одиниць СІ - атомна секунда. Наведемо визначення секунди, як воно дано 13-ою Генеральною конференцією заходів та ваг у 1967 р.:
Якщо слово "доба" використовується для позначення одиниці часу, воно має розумітися як 86 400 атомних секунд. В астрономії використовуються і більші одиниці часу: юліанський рік - 365.25 діб точно, юліанське століття - 36525 діб точно. Міжнародна астрономічна спілка (громадська організація астрономів) у 1976 р. рекомендувала астрономам використовувати саме такі одиниці часу. Основна шкала часу, Міжнародний атомний час (Time Atomic International, TAI), будується на основі показань безлічі атомних годинників у різних країнах. Отже, з формального погляду, основа виміру часу пішла з астрономії. Старі одиниці "середня сонячна секунда", "зоряна секунда" не повинні використовуватися.
2. Доба як період обертання Землі навколо осі
Дати визначення такому вживанню слова "добу" дещо складніше. Причин тому багато.
По-перше, вісь обертання Землі, або, висловлюючись науково, вектор її кутової швидкості, не зберігає постійного напрямку просторі. Це явище носить назву прецесії та нутації. По-друге, сама Земля не зберігає постійного орієнтування щодо вектора її кутової швидкості. Це називається рухом полюсів. Тому радіус-вектор (відрізок від центру Землі до точки на поверхні) спостерігача на поверхні Землі не повернеться через один оборот (і взагалі ніколи) до попереднього напрямку. По-третє, швидкість обертання Землі, тобто. абсолютна величина вектора кутової скромності, теж залишається постійної. Отже, строго кажучи, певного періоду обертання Землі немає. Але з певним ступенем точності, кілька мілісекунд, можна говорити про період обертання Землі навколо осі.
Крім того, треба вказати напрям, щодо якого ми відраховуватимемо обороти Землі. Таких напрямів в астрономії зараз використовують три. Це напрям на точку весняного рівнодення, на Сонце та небесний ефемеридний початок.
Період обертання Землі щодо точки весняного рівнодення називається зоряною добою. Він дорівнює 23 h 56 m 04.0905308 s . Зверніть увагу, що зоряна доба – це період щодо точки весни, а не зір.
Крапка весняного рівнодення сама робить складний рух на небесній сфері, тому це число слід розуміти як середнє значення. Натомість Міжнародний астрономічний союз запропонував використати "небесний ефемеридний початок". Ми не даватимемо його визначення (воно досить складно). Воно обрано те щоб період обертання Землі щодо нього був близький до періоду щодо інерційної системи відліку, тобто. щодо зірок або точніше позагалактичних об'єктів. Кут повороту Землі щодо цього напряму називається зоряним кутом. Він дорівнює 23 h 56 m 04.0989036 s трохи більше зоряної доби на величину, на яку точка весни зміщується на небі через прецесію за добу.
Нарешті розглянемо обертання Землі щодо Сонця. Це найскладніший випадок, оскільки Сонце рухається на небі не екватором, а екліптикою і до того ж нерівномірно. Але ця сонячна доба, очевидно, і найважливіша для людей. Історично склалося так, що атомна секунда була підігнана під час обертання Землі щодо Сонця, причому зосередження було зроблено приблизно за 19 століття. Цей період дорівнює 86 400 одиниць часу, які називалися середніми сонячними секундами. Підгонка відбулася в два прийоми: спочатку було введено "ефемеридний час" та "ефемеридна секунда", а потім атомна секунда була покладена рівною ефемеридної секунди. Таким чином, атомна секунда все-таки "походить від Сонця", але атомний годинник у мільйон разів точніший, ніж "земний годинник".
Період обертання Землі залишається постійним. Причин цього багато. Це і сезонні зміни у розподілі температури та тиску повітря по земній кулі, і внутрішні процеси, і зовнішні впливи. Розрізняють вікове уповільнення, декадні (протягом десятиліть) нерівномірності, сезонні та раптові. На рис. 1 та 2 наведено графіки, що показують зміну тривалості доби у 1700-2000 рр. та у 2000-2006 рр. На рис. 1 простежується тенденція до збільшення доби, але в рис. 2 – сезонна нерівномірність. Графіки засновані на матеріалах Міжнародної служби обертання Землі та опорних систем (IERS, http://www.iers.org/).
Чи не можна повернути основу виміру часу в астрономію і чи варто це робити? Така можливість є. Це пульсари, періоди обертання яких зберігаються із великою точністю. Крім того, їх відомо багато. Ймовірно, що у великих проміжках часу, наприклад, десятиліттях, спостереження пульсарів послужать уточненню атомного часу і буде створено шкалу " пульсарного часу " .
Вивчення нерівномірності обертання Землі дуже важливе для практики та цікаве з наукової точки зору. Наприклад, супутникова навігація неможлива без знання обертання Землі. А його особливості несуть інформацію про внутрішню будову Землі. Ця складна проблема чекає на своїх дослідників.
Рис. 1. Відмінність періоду обертання Землі від 86 400 з СІ, в мілісекундах. Дані на початок 20 в. не дуже надійні, але тенденція до збільшення тривалості доби помітна чітко.
Суворіше це проміжок часу між двома однойменними (верхніми або нижніми) кульмінаціями (проходженнями через меридіан) центру Сонця в цій точці Землі (або іншого небесного тіла).
Енциклопедичний YouTube
1 / 3
Проблеми високосного року та зіркової доби
Докладніше про час
Субтитри
Сонячна доба на Землі
Коливання тривалості сонячної доби
Середня сонячна доба не схильна періодичнимзмін, як справжня сонячна доба, але їх тривалість монотонно змінюється у зв'язку зі зміною періоду осьового обертання Землі та (меншою мірою) зі зміною тривалості тропічного року, збільшуючись приблизно на 0,0017 секунди на сторіччя. Так, тривалість середньої сонячної доби на початку 2000-року дорівнювала 86400,002 секунди СІ. Слід зазначити, що тут як одиниця виміру вказана саме секунда СІ, визначена з використанням внутрішньоатомного періодичного процесу, а не середня сонячна секунда, яка за визначенням дорівнює 1/86 400 частини середньої сонячної доби і, отже, також не є постійною.
Введення поправок
Хоча середня сонячна доба не є, строго кажучи, незмінною одиницею часу, але повсякденне життя людей пов'язане саме з нею. У зв'язку з накопиченням поправки до тривалості доби в середньому сонячному часі по відношенню до рівномірного атомного часу, іноді доводиться додавати до атомної шкали UTC так звану високосну секунду, щоб відновити прив'язку цієї шкали до сонячної шкали часу. Теоретично можливе і віднімання високосної секунди, оскільки обертання Землі у принципі має постійно сповільнюватися.
Сонячна доба на інших планетах та супутниках
Місяць
Середня сонячна доба на Місяці дорівнює середньому синодичному місяця (середньому проміжку між двома однаковими фазами Місяця, наприклад, повномісяцями) - 29 діб 12 годин 44 хвилини 2,82 секунди. Справжня сонячна доба може відхилятися від середньої на 13 годин в обидві сторони, що пов'язано як з нерівномірністю руху Землі по орбіті, так і з нахилом орбіти Місяця до екліптики, з еліптичності її орбіти і з нахилом осі обертання Місяця до площини орбіти (див. Лібрація).
Інші На газових гігантах, що не мають твердої поверхні, сонячна доба залежить від широти - атмосфера обертається з різними швидкостями на різних широтах.
Меркурій обходить навколо Сонця за 87,97 дня, а навколо своєї осі робить повний оберт за 58,65 дня (ці періоди відносяться як 3:2). Середній проміжок часу між двома верхніми кульмінаціями Сонця на цій планеті дорівнює 176 дням, що дорівнює двом її рокам. Цікаво, що коли він знаходиться поблизу перигелію, Сонце для спостерігача на поверхні планети може протягом 8 днів рухатись у зворотному напрямку, тому, строго кажучи, прив'язка визначення сонячної доби до кульмінації в цьому випадку не цілком коректна.
На Венері, чий сидеричний період обертання навколо своєї осі дорівнює 243 дням - більше, ніж орбітальний період (224,7 дні), середня сонячна доба дорівнює приблизно 116,7 дня (через обертання у зворотний бік)
На Марсі середня сонячна доба лише трохи більша, ніж земна. Вони дорівнюють 24 год 39 хв 35,244 с.
На Юпітері доба дорівнює 9 годин 55 хвилин 40 секунд, на Сатурні 10 годин 34 хвилин 13 секунд. Доба на Урані дорівнює 17 годин 14 хвилин 24 секунд, а на Нептуні 15 годин 57 хвилин 59 секунд.
У Плутона зважаючи на його крайню віддаленість від Сонця (і, отже, трохи кутової орбітальної швидкості) середня сонячна доба практично дорівнює періоду обертання: 6 днів 9 годин 17 хвилин 36 секунд.
Примітки
Це всім відомо – 24 години. Але чому так сталося? Давайте розглянемо докладніше історію появи основних одиниць вимірювання часу та з'ясуємо, скільки на добу годин, секунд та хвилин. А також подивимося, чи варто прив'язувати ці одиниці виключно до астрономічних явищ.
Звідки взялася доба? Це час одного обороту землі навколо осі. Ще мало що знаючи про астрономію, люди почали вимірювати час такими діапазонами, включаючи кожен світлий і темний час.
Але тут є цікава особливість. Коли розпочинається доба? З сучасної точки зору все очевидно - доба починається опівночі. Люди стародавніх цивілізацій вважали інакше. Досить зазирнути на початок Біблії, щоб у 1-й книзі Буття прочитати: "... і був вечір, і був ранок один". У цьому є певна логіка. Тодішні люди орієнтувалися на Сонце село, день скінчився. Вечір та ніч – це вже наступний день.
Але скільки годин на добу? Чому ж добу поділили на 24 години, адже десяткова система зручніша, причому набагато? Було б на добу, припустимо, 10 годин, а в кожній годині 100 хвилин, чи змінилося б щось для нас? Власне, нічого крім чисел, навпаки, навіть було б зручніше робити обчислення. Але десяткова система - далеко не єдина, що використовувалася у світі.
В використовували шістдесяткову систему рахунку. І світла половина доби добре ділилася навпіл, по 6 годин у кожній. Разом на добу виходило 24 години. Цей досить зручний поділ взяли у вавилонян та інші народи.
У стародавніх римлян підрахунок часу відбувався ще цікавіше. Відлік розпочинався з 6 години ранку. Так і вважали від цього моменту далі - година перша, година третя. Таким чином, можна легко порахувати, що пам'яті Христом «працівники одинадцятої години» - це ті, хто приступає до роботи о п'ятій годині вечора. Справді, пізно!
О шостій годині вечора наставала дванадцята година. Ось скільки на добу годин налічували у стародавньому Римі. Але ж залишався ще нічний годинник! Римляни не забули про них. Після дванадцятої години починалися нічні сторожі. Чергові змінювалися вночі кожні 3:00. Вечірній та нічний час ділився на 4 сторожі. Перша вечірня варта починалася о 6 годині вечора і тривала до 9. Друга, північна, тривала з 9 до 12 години. Третя варта, з 12-ї ночі до 3-ї ранку завершувалася, коли співали півні, тому так і називалася - «спів півнів». Остання, четверта варта, називалася «ранок» і завершувалася о 6-й ранку. І все розпочиналося спочатку.
Потреба поділити на складові частини ще й годинник виникла значно пізніше, але від шістдесяткової системи не відступили і тоді. А потім хвилину поділили на секунди. Правда, згодом з'ясувалося, що спиратися тільки на визначення тривалості секунд і доби ніяк не можна. За століття тривалість доби зростає на 0,0023 секунди - начебто зовсім мало, але достатньо для того, щоб заплутатися у питанні про те, скільки секунд на добу. І це ще не всі складнощі! Один оберт навколо Сонця наша Земля здійснює не за рівну кількість діб, і це теж впливає на вирішення питання про те, скільки на добу годин.
Тому для спрощення ситуації секунду прирівняли не до руху небесних тіл, а до часу перебігу процесів усередині атома цезію-133 у стані спокою. А для відповідності фактичного стану справ з оборотом Землі навколо Сонця двічі на рік – 31 грудня та 30 червня – додають 2 зайві високосні секунди, а раз на 4 роки – додаткову добу.
Разом виходить, що на добу 24 години, або 1440 хвилин, або 86400 секунд.
Енциклопедичний YouTube
1 / 2
✪ Заробіток 1000 руб за добу пасивно – ЛеоПайс працює!
✪ ЯК Висипатися за 2 години на Добу? Дізнайся 5 Секретних Технік!
Субтитри
Доба в астрономії
Тривалість доби на планеті залежить від кутової швидкості її обертання. У астрономії розрізняють кілька типів діб, залежно від системи відліку. Якщо як точка відліку обертання вибрати далеку зірку, то, на відміну від центрального світила планетної системи, така доба матиме іншу тривалість. Наприклад, на Землі розрізняють середні сонячні доби (24 години) і зоряні, або сидеричні доби (приблизно 23 години 56 хвилин 4 секунди). Вони не рівні один одному, тому що, через орбітальний рух Землі навколо Сонця, для спостерігача, що знаходиться на поверхні Землі, Сонце зміщується на тлі далеких зірок.
Істинною сонячною добою називають проміжок часу між двома верхніми кульмінаціями (послідовними проходженнями центру Сонця через південну частину меридіана (для північної півкулі); інакше кажучи, час між двома істинними полуднями); за початок цієї доби приймається момент проходження центру Сонця через південну частину меридіана; годинний кут центру Сонця називається істинним часом (див. Рівняння часу). Справжня сонячна доба довша за зоряну добу і тривалість їх змінюється протягом року, що походить від схильності екліптики до площини екватора і від нерівномірного руху Землі біля Сонця.
Міжнародна система одиниць (СІ)
Одиниця виміру часу добу (російське позначення: сут; міжнародне: d) належить до позасистемних одиниць вимірювання і в СІ не входить. Проте в Російській Федерації вона допущена до застосування без обмеження терміну дії з областю застосування «всі області». І тут 1 добу приймаються рівними точно 86 400 секунд . У СІ секунда визначається як 9192631770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133 . Відповідно, визначенням доби в СІ може вважатися 794 243 384 928 000 таких періодів.
В астрономії добу, визначену через секунду СІ, називаються юліанською добою.
У середньої сонячної доби міститься не ціла кількість секунд (наприклад, їх тривалість на епоху 2000,0 дорівнювала 86400,002 с), причому тривалість середньої сонячної доби також непостійна через вікову зміну кутової швидкості обертання Землі (див. ).
В інших мовах
Як було сказано вище, в побуті термін добучасто замінюють словом день, але у будь-якому разі, у російській є слова для однозначного поділу понять «день» (світловий день) і «добу» (24 години). Окреме слово для поняття «доба» має місце також у таких мовах:
В ісламі доба вважається від заходу сонця до заходу, тобто повне зникнення сонця на горизонті означає початок нового дня, незалежно від заграви.
Поділ доби
Число частин, на які ділилася доба, або окремо ніч і день залежало від ступеня розвитку даного народу і поступово збільшувалася з розвитком людства. Більшість народів Нового Світла ділила добу лише чотири частини, відповідні сходу сонця, вищої точці денного шляху його, заходу сонця і, нарешті, середині ночі. За свідченням мандрівника Горребоу, який описав Ісландії в середині XVIII століття, ісландці ділили день на десять частин. Араби розрізняли лише схід сонця, підйом і опускання його, захід сонця, сутінки, ніч, перший крик півня та світанок. Однак у деяких, у минулому нецивілізованих народів, можна було знайти порівняно точний поділ дня, як, наприклад, у тубільців островів Товариства, які за часів Кука мали поділ доби на 18 частин, довжина яких була однак неоднакова; найбільш короткі проміжки часу відповідали ранку та вечору, найбільш довгі - опівночі та полудню.
У Вавилоні також існувало поділ дня та ночі по 12 годин. Відповідно до «Історії» (II, 109) Геродота, від вавилонян цю систему перейняли греки, пізніше, мабуть від єгиптян чи греків, засвоїли римляни. Наприклад, взимку тривалість «денної години» у Римі становила близько 45 хвилин.
| Період | Число денних годин | Початок першої години дня за сучасним обчисленням | Число нічних годин | Початок першої години ночі за сучасним обчисленням |
|---|---|---|---|---|
| 27 листопада – 1 січня | 7 | 8:30 | 17 | 15:30 |
| 2-16 січня; 11-26 листопада | 8 | 7:21 | 16 | 15:21 |
| 17 січня – 1 лютого; 26 жовтня – 10 листопада |
9 | 7:30 | 15 | 16:30 |
| 2-17 лютого; 10-25 жовтня | 10 | 6:21 | 14 | 16:21 |
| 18 лютого – 5 березня; 24 вересня – 9 жовтня |
11 | 6:30 | 13 | 17:30 |
| 6-20 березня; 8-23 вересня | 12 | 5:21 | 12 | 17:21 |
| 21 березня – 5 квітня; 23 серпня – 7 вересня |
13 | 5:30 | 11 | 18:30 |
| 6-22 квітня; 7-22 серпня | 14 | 4:21 | 10 | 18:21 |
| 23 квітня – 8 травня; 23 липня – 6 серпня |
15 | 4:30 | 9 | 19:30 |
| 9-24 травня; 6-22 липня | 16 | 3:21 | 8 | 19:21 |
| 25 травня – 5 липня | 17 | 3:30 | 7 | 20:30 |
Поділ на 12 основних частин
| Час доби | Назва | Значення назви |
|---|---|---|
| 23:00-01:00 | Година Щура | Час, коли щури найактивніші у пошуках їжі. Щури також мають різну кількість пальців на передніх і задніх лапах, завдяки чому ці гризуни стали символом розвороту, нового початку. |
| 01:00-03:00 | Година Бика | Час, коли воли починають пережовувати жуйку, повільно та із задоволенням. |
| 03:00-05:00 | Година Тигра | Час, коли тигри найлютіші, нишпорячи в пошуках видобутку. |
| 05:00-07:00 | Година Кролика | Час, коли казковий Нефритовий Кролик на Місяці готує рослинні еліксири для допомоги людям. |
| 07:00-09:00 | Година Дракона | Час, коли дракони ширяють у небі, щоб пішов дощ. |
| 09:00-11:00 | Година Змії | Час, коли змії покидають свої притулки. |
| 11:00-13:00 | Час Коні | Час, коли сонце стоїть високо в зеніті, і тоді як інші тварини лягають на відпочинок, коні все ще на ногах. |
| 13:00-15:00 | Година Вівці | Час, коли вівці та кози їдять траву і часто мочать. |
| 15:00-17:00 | Час Мавпи | Час активної життєдіяльності мавп |
| 17:00-19:00 | Час Півня | Час, коли півні починають збиратися до своїх спільнот. |
| 19:00-21:00 | Година Собаки | Час собакам виконувати свої обов'язки щодо охорони будівель. |
| 21:00-23:00 | Час Свині | Час, коли безтурботно сплять свині. |
Поділ на 30 основних частин
Поділ на 22 основні частини
Поділ на 10 основних частин
| Час | Геологічний період | Число днів на рік | Довжина доби |
|---|---|---|---|
| Сьогодні | Четвертинний | 365 | 24 години |
| 100 млн років тому | Юра | 380 | 23 години |
| 200 млн років тому | Перм | 390 | 22,5 годин |
| 300 млн років тому | Карбон | 400 | 22 години |
| 400 млн років тому | Силур | 410 | 21,5 годин |
| 500 млн років тому | Кембрій | 425 | 20,5 годин |
Щоб дізнатися тривалість доби до епохи виникнення коралів, вченим довелося вдатися до допомоги синьо-зелених водоростей. З 1998-го року китайські дослідники Чжу Шісін, Хуан Сюегуан і Сінь Хоутянь з Тяньцзіньського інституту геології та мінеральних ресурсів проаналізували понад 500 викопних строматолітів віком 1,3 мільярда років, що росли колись на екваторі і погріні. Синьозелені водорості реагують на зміну світлого та темного часу доби напрямком свого зростання та глибиною кольору: вдень вони пофарбовані у світлі тони та ростуть вертикально, вночі мають темне забарвлення та ростуть горизонтально. За зовнішнім виглядом даних організмів, враховуючи швидкість їх зростання та накопичені наукові дані з геології та кліматології, виявилося можливим визначити річний, місячний та щоденний ритми зростання синьозелених водоростей. Згідно з отриманими результатами, вченими було зроблено висновок, що 1,3 мільярда років тому (у Докембрійську-епоху) земна доба тривала 14,91-16,05 годин, а рік складався з 546-588 днів.
Існують і противники цієї оцінки, що вказують, що дані досліджень стародавніх приливних відкладень, тайдалітів, суперечать їй.
Крім зміни швидкості обертання Землі на тривалому проміжку часу (і зміною тривалості доби, що звідси випливає), щодня відбуваються незначні зміни швидкості обертання планети, пов'язані з розподілом мас, наприклад, через зменшення об'єму світового океану або атмосфери від коливань їх середньої температури . При охолодженні світового океану або атмосфери Земля обертається швидше (і навпаки), тому що в результаті діє закон збереження, моменту імпульсу. Також зміна середньої тривалості доби можуть викликати геологічні події, наприклад, сильні землетруси. Так, в результаті землетрусу 2004 року в індійському океані тривалість доби зменшилася приблизно на 2,68 мікросекунди. Такі зміни відзначені та можуть бути виміряні сучасними методами.
У 1967 році Міжнародний комітет мер і ваг прийняв фіксовану секунду, без прив'язки до поточної тривалості сонячної доби на Землі. Нова/секунда стала рівна 9 192 631 770 періодам випромінювання , відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану
Завантаження...