Глава 3. ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ

Исторически в современной астрономии сложились три системы измерения времени, из которых две — всемирное время и звездное время — связаны с вращением Земли вокруг оси, а система эфемеридного времени основана на движении Земли, Луны и планет Солнечной системы по их орбитам (гелиоцентрическим в случае планет и геоцентрической для Луны).

Кроме того, в настоящее время введена система атомного времени, основанная на электромагнитных колебаниях, поглощаемых или излучаемых при квантовых переходах атомов (и молекул) на различные энергетические уровни, например, цезия или водорода. Все эти вопросы и рассматриваются в настоящей главе.

§ 3.01. Основные понятия и определения

Естественными единицами измерения звездного времени и солнечного времени являются соответственно звездные сутки и истинные солнечные сутки.

Течение звездного времени определяется суточным движением по небесной сфере звезд или точки весеннего равноденствия; за точку, определяющую своим суточным движением по небесной сфере истинное солнечное время, принимают центр видимого диска Солнца. Однако на практике применение истинного солнечного времени затруднено тем, что изменения часового угла центра истинного Солнца непропорциональны углам поворота Земли вокруг оси, так как Солнце движется не по экватору, а по эклиптике, и притом неравномерно. Поэтому вводят среднее экваториальное Солнце — фиктивную точку, равномерно движущуюся по экватору таким образом, чтобы в каждый момент времени ее прямое восхождение А было равно средней долготе Солнца т. е. чтобы было где — средняя долгота Солнца в начальную эпоху

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия Т. на одном и том же меридиане называется звездными сутками.

В зависимости от того, какую точку весеннего равноденствия рассматривают—истинную (учитывается прецессия и полная нутация), квазиистинную (прецессия + долгопериодическая нутация) или среднюю (только прецессия) — различают истинные, квазиистинные или средние звездные сутки.

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями истинного (среднего экваториального) Солнца на одном и том же меридиане называется истинными (средними) сутками.

Вращение небесной сферы происходит неравномерно, поэтому последовательные кульминации точки весеннего равноденствия происходят через неравные промежутки времени, и продолжительность звездных суток как основной единицы измерения времени, а также секунды — основной физической единицы времени, определяемой как 1/86400 часть суток, непостоянна. По этой причине была введена равномерная шкала времени, не связанная с вращением Земли и основанная на гравитационной теории движения небесных тел: независимая переменная, входящая в дифференциальные уравнения движения, определяет эфемеридное время — равномерное время ньютоновой механики. Длительность эфемеридной секунды установлена заранее. Ее принимают равной части тропического года, равного

365,24219879 эфемеридных суток, в фундаментальную эпоху ньюкомовых «Таблиц движения Солнца», т. е. 1900, янв. 0, 12h, когда геометрическая средняя долгота Солнца была равна (см. § 3.05).

Для измерения более продолжительных промежутков времени в качестве единицы вводят период одного обращения Луны вокруг Земли — синодический месяц (лунация).

С видимым движением Солнца относительно Земли по эклиптике связана еще одна единица измерения времени — год. Применяются три годовых периода различной продолжительности.

Промежуток времени, измеряемый продолжительностью одного полного обращения Солнца вокруг Земли относительно направления на одну и ту же звезду, называется сидерическим, или звездным годом. Его продолжительность в средних солнечных сутках определяется формулой

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через среднюю точку

весеннего равноденствия называется тропическим годом:

Начало тропического года совпадает с моментом начала бесселева (фиктивного) года, за который принимают момент времени, когда долгота среднего эклиптического Солнца, уменьшенная на величину постоянной аберрации и отсчитываемая относительно средней точки весеннего равноденствия равна 280°. Бесселев год на короче тропического года. Момент начала бесселева года обозначается номером соответствующего календарного года, сопровождаемым нулем десятых (например, 1950,0; в данном случае этот момент совпадает с датой

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через перигей его видимой геоцентрической орбиты называется аномалистическим годом:

Наконец, драконический год равен промежутку времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через восходящий узел орбиты Луны на эклиптике:

Поскольку при летосчислении календарный год должен быть близок к тропическому году и содержать целое число суток, любой солнечный календарь состоит из годов по 365 и 366 суток.

Юлианский календарь, дающий летосчисление по старому стилю, содержит последовательно три года по 365 суток, за которыми идет один год в 366 суток, называемый високосным. В системе юлианского календаря високосным годом считается год, номер которого делится на 4. Таким образом, средняя продолжительность юлианского года равна 365,25 суток, юлианского столетия суток. Юлианский год на длиннее тропического года, что дает ошибку в одни сутки за 128 лет.

В системе григорианского календаря (новый стиль), введенной в существенное повышение точности календаря достигнуто задержанными високосами — високосными годами считаются только те столетние годы число сотен в номере которых делится на 4. Таким образом, средняя продолжительность григорианского календарного года

равна 365,2425 суток, что дает накопление ошибки в одни сутки за 3333 года.

В основу лунных и лунно-солнечных календарей положен синодический месяц, определяемый как промежуток времени между последовательными одноименными фазами Луны:

Кроме того, рассматриваются сидерический, тропический, аномалистический и драконический месяцы.

Сидерический месяц измеряется продолжительностью одного полного обращения Луны по геоцентрической орбите относительно направления на одну и ту же звезду:

Тропический месяц равен промежутку времени между двумя последовательными прохождениями центра Луны через среднюю точку весеннего равноденствия:

Аномалистический месяц — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Луны через перигей ее орбиты:

Драконический месяц — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через восходящий узел ее орбиты на эклиптике:

Свободные члены приведенных соотношений дают среднюю продолжительность указанных лунных периодов в эпоху 1900,0 и соответствуют фундаментальным аргументам Брауна теории движения Луны.

В астрономии принята также система непрерывного счета суток, день за днем, начиная с определенной, весьма удаленной в прошлое даты — юлианский период, или юлианская система, введенная в XVI в. (см. § 3.08).

Подробное рассмотрение вопросов, связанных с измерением времени, можно найти в [46] — [48].