Данный материал опубликован на сайте:

http://Gosvoroni.narod.ru

 

Астрономия 11

Тема урока: Измерение времени.

Определение географической долготы

 

Цели  урока:

а) Обучающая: изучение основ практической астрономии

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

 

Задачи  урока:

Научится определять географическую долготу

 

Обеспечение урока:

«Астрономия 11» (авторы Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания – 10 мин

3. Объяснение нового материала – 32 мин

4. Домашнее задание – 2 мин

 

Домашнее задание: §5

 

Конспект урока:

 

ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ДОЛГОТЫ

 

1. Измерение времени. Вся наша ЖИЗНЬ связана со временем и в конечном итоге регулируется периодической сменой дня и ночи, а также времен года. На этих природных повторяющихся явлениях базируются основные единицы измерения времени — сутки, месяц, год. Основная величина для измерения времени связана с периодом полного обращения земного шара вокруг своей оси.

Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а нижней — истинной полночью. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра Солнца называется истинными солнечными сутками. Время, прошедшее от момента нижней кульминации центра истинного солнечного диска до любого другого его положения на одном и том же географическом меридиане, называется истинным солнечным временем.

Время, прошедшее от момента нижней кульминации центра истинного солнечного диска до любого другого его положения на одном и том же географическом меридиане, называется истинным солнечным временем (T₀₁)

Необходимо отметить, что истинные солнечные сутки периодически меняют свою продолжительность. Это вызывается двумя причинами: во-первых, наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, во-вторых, эллиптической формой орбиты Земли. Когда Земля находится на участке эллипса, расположенном ближе к Солнцу (на рис. 5.1 это положение показано слева), то она движется быстрее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Через полгода Земля окажется в противоположной части эллипса и будет перемещаться по орбите медленнее. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое перемещение по небесной сфере Солнца, т. е. в разное время года Солнце перемещается с различной скоростью. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток постоянно меняется.

Вследствие неравномерности истинных солнечных суток пользоваться ими в качестве единицы для измерения времени неудобно. По этой причине в повседневной жизни используются не истинные, а cредние солнечные сутки, продолжительность которых принята постоянной.

Что такое средние солнечные сутки? Вообразим точку, которая в течение года совершает один полный оборот вокруг Земли за такое же время, как и Солнце, но при этом перемещается равномерно и по небесному экватору, а не по эклиптике. Назовем такую воображаемую точку средним Солнцем. Верхнюю кульминацию среднего Солнца называют средним полднем, а промежуток времени между двумя последовательными средними полднями — средними солнечными сутками, продолжительность их всегда одинакова. Средние солнечные сутки делят на 24 часа. Каждый час среднего солнечного времени в свою очередь делится на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд среднего солнечного времени. За начало средних солнечных суток принимается средняя полночь, т. е. момент нижней кульминации воображаемой точки небесной сферы, называемой средним Солнцем. Время, протекшее от момента нижней кульминации среднего экваториального Солнца до любого другого его положения на одном и том же географическом меридиане, называется средним солнечным временем (T_ср). Разность между средним солнечным временем и истинным солнечным временем в один и тот же момент называется уравнением времени. Оно обозначается греческой буквой η. Тогда можно записать следующее равенство:

η = Т_ср- Т₀₁

Величина уравнения времени η обычно приводится в астрономических календарях и ежегодниках. Приблизительно ее можно найти по графику (рис. 5.2), из которого также видно, что четыре раза в год уравнение времени η равно нулю. Это происходит примерно 14 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. Уравнение времени η принимает наибольшие численные значения около 12 февраля (η = +14 мин) и 3 ноября (η = -16 мин).

 

2. Определение географической долготы. Измерение времени солнечными сутками связано с географическим меридианом. Время, измеренное на данном меридиане, называется местным временем данного меридиана, и оно одинаково для всех пунктов, находящихся на нем. Кульминация любой точки небесной сферы происходит в разное время на разных меридианах земного шара. Причем чем восточнее земной меридиан, тем раньше в пунктах, лежащих на нем, происходит кульминация или начинаются сутки. Так как Земля за каждый час поворачивается на 15°, то разность времени двух мест в 1 час соответствует и разности долгот в 15° (в часовой мере 1 час).

Отсюда можно сделать вывод: разность местного времени двух пунктов на Земле численно равна разности значений долготы, выраженных в часовой мере. Для пунктов земной поверхности, расположенных на географических долготах λ₁, и λ₂, получим:

T _λ1- T _λ2 = λ₁ - λ₂ (5.1)

За начальный (нулевой) меридиан для отсчета географической долготы принят меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию близ Лондона. Местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана называется всемирным временем. Все сигналы точного времени соответствуют минутам и секундам всемирного времени. В астрономических календарях и ежегодниках моменты происхождения большинства явлений указываются по всемирному времени. Моменты этих явлений по местному времени какого-либо пункта легко определить, зная долготу этого пункта от Гринвича.

Если в данный момент на Гринвичском меридиане всемирное время будет T₀, то в местности с географической долготой λ будет T_λ. Следовательно, формула (5.1) примет вид (λ ₀ = 0):

λ = Т_λ -Т₀.  (5.2)

Данная формула позволяет находить географическую долготу по всемирному времени (T₀) и местному времени (Т_λ), которое определяется из астрономических наблюдений.

С другой стороны, зная долготу места наблюдения (λ) и всемирное время (T₀), можно определить местное время:

Т_λ = Т₀+ λ

Различие между местным временем даже не очень далеко расположенных друг от друга населенных пунктов создает неудобства в повседневной жизни. Так, например, местное время в Бресте и Витебске отличается на 26 мин. Жители этих городов, приезжая друг к другу в гости, должны были бы постоянно переводить стрелки часов. Отсюда возникла необходимость введения поясной системы счета среднего солнечного времени. Согласно этой системе, весь земной шар разделен на 24 часовых пояса, каждый из которых простирается по долготе на 15° (или 1 ч). Часовой пояс Гринвичского меридиана считается нулевым. Остальным поясам, в направлении от нулевого на восток, присвоены номера от 1 до 23. В пределах одного пояса во всех пунктах в каждый момент поясное время одинаково. В соседних поясах оно отличается ровно на один час. Границы поясов в малонаселенных местах, на морях и океанах проходят по меридианам, отстоящим на 7,5° к востоку и западу от центрального меридиана данного часового пояса. В остальных районах границы поясов для большего удобства проведены по государственным и административным границам, горным хребтам, рекам и другим естественным рубежам (рис. 5.3).

Зная всемирное время (T₀) и номер пояса данного места (n), можно найти поясное время:

Т_п=Т₀+п                                                                                                          (5.3)

Исключив из формул (5.1) и (5.3) Т₀, получим соотношение, позволяющее определять географическую долготу по поясному времени (Т_п) и времени для местности с географической долготой λ. (T_λ)

Т_п-Т_λ=п- λ                                                                                                          (5.4)

Система поясного счет времени устраняет неудобства, связанные с использованием как местного, так и всемирною времени. Часы, поставленные по поясному времени, показывают одно и то же количество секунд и минут во всех часовых поясах, но эти показания различаются на целое число часов.

В целях экономии и рационального распределения электроэнергии в течение суток, на летний период в некоторых странах (в том числе и в нашей республике) стрелки часов переводят на час вперед — вводят летнее время. Разумеется, осенью часы снова ставят по поясному времени.

Существует граница, открывающая новую дату и день недели. Международная линия перемены дат проходит через Берингов пролив между островами Тихого океана от Северного полюса до Южного полюса (меридиан 180°). Линия перемены дат, так же как и границы часовых поясов, учитывает государственную принадлежность определенных территорий. Например, в Беринговом проливе между островом Ротманова (Россия) и островом Крузенштерна (США), удаленными друг от друга на 12 км, проходит государственная граница и линия перемены дат. На обоих островах часы показывают одинаковое время (они находятся в одном часовом поясе), но календарные даты разнятся на одни сутки (на острове Ротманова дата на сутки впереди).

Более надежным и удобным временем считается атомное время, введенное Международным комитетом мер и весов в 1964 г. За эталон приняты атомные (квантовые) часы. По таким часам секунда — это промежуток времени, за который проходит 9 192 631 770 колебаний электромагнитной волны, излучаемой атомом цезия. С 1 января 1972 г. все страны земного шара ведут счет времени по атомным часам.

Атомное время очень удобно для исследования самой Земли, потому что с его помощью можно изучать неравномерности во вращении нашей планеты. Ошибка хода атомных часов невелика — примерно 1 секунда за 50 000 лет.

 

3. Календарь. Календарь — это система счета длительных промежутков времени, в основе которой лежат периодические астрономические явления: смена дня и ночи, изменение лунных фаз, смена времен года. Любая календарная система опирается на три основные единицы измерения времени, а именно: солнечные сутки, синодический (или лунный) месяц и тропический (или солнечный) год.

Синодический месяц — это промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны. Тропический год — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия.

Синодический месяц и тропический год не содержат целого числа средних солнечных суток. Так, средняя продолжительность синодического месяца равна 29,530 588 суток, а продолжительность тропического года — в среднем 365,242 199 суток. Как видим, все три меры времени несоизмеримы. Невозможно подобрать такое целое число тропических лет, в которых содержалось бы целое число синодических месяцев и целое число средних солнечных суток. Стремление согласовать между собой сутки, месяц и год привело к тому, что в разные эпохи у различных народов было создано много разных календарей, которые можно условно разделить на 3 типа: лунные, лунно-солнечные и солнечные.

В лунном календаре год делится на 12 месяцев, содержащих по-переменно 30 или 29 суток. Всего в лунном календаре 354 или 355 средних солнечных суток, т. е. он короче солнечного года примерно на 10 суток. Этот календарь получил широкое распространение в мусульманских странах. Из-за того что лунный год имеет меньше дней, чем тропический, у мусульман вообще нет фиксированного начала года, оно постоянно перемещается и выпадает то на весну, то на лето, то на зиму, то на осень.

Лунно-солнечные календари наиболее сложные. В них сумма некоторого количества лунных месяцев приблизительно соответствует продолжительности тропического года. В основе этих календарей лежит соотношение: 19 солнечных лет равны 235 лунным месяцам (с ошибкой менее чем в 1,5 ч). Год делится на 12 месяцев, каждый из которых начинается с новолуния. В настоящее время такая система сохранилась в еврейском календаре. Он содержит 12 или 13 месяцев в году, продолжительность некоторых месяцев каждый год меняется, начало года всегда приходится на осень, но не совпадает с одной и той же датой григорианского календаря, которым мы пользуемся. Римляне первоначально исчисляли время лунными годами. Новый год начинался 1 марта. До сих пор некоторые месяцы современного календаря называются в соответствии с этой традицией: сентябрь— «седьмой», декабрь— «десятый» и т.д. Впоследствии первый день года был перенесен римлянами на 1 января, так как с 153 г. до н. э. в этот день вступали в должность консулы (рис. 5.4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одним из первых солнечных календарей считается египетский, созданный в 4-м тыс. до н. э. По этому календарю год состоял из 12 месяцев по 30 дней в каждом, а в конце года добавлялось еще 5 праздничных дней. Современный календарь берет начало от солнечного римского календаря, появившегося в результате реформы Юлия Цезаря (отсюда происходит и его название юлианский календарь),проведенной I января 45 г. до н.э. Средняя Продолжительность года, согласно этому календарю, была равна 365,25 суток, что соответствовало известной в то время длине тропического года. Для удобства три года подряд считали по 365 дней, а на четвертый (високосный) добавляли лишние сутки — 366 дней. Год состоял из 12 месяцев: нечетные месяцы— 31 день, четные— 30 дней; только февраль простого, невисокосного года содержал 28 дней.

Вследствие того что юлианский год длиннее тропического на 11 мин 14 с, за 128 лет накапливалась ошибка в целые сутки, а за 400 лет — около трех суток. С течением времени календарь запаздывал все больше и больше. Поэтому в конце XVI в. весеннее равноденствие наступало не 21, а 11 марта. Ошибка была исправлена в 1582 г., когда глава католической церкви папа Григорий XIII создал специальную комиссию по реформе календаря, передвинувшую счет дней на 10 дней вперед и вернувшую весеннее равноденствие на 21 марта. Исправленный календарь получил название григорианского календаря или нового стиля. В честь его введения была отчеканена памятная медаль (рис. 5.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Високосный год в григорианском календаре — каждый четвертый, за исключением годов с целым числом столетий (например, 1700, 1800). Такой год считается високосным только тогда, когда число сотен делится на 4 без остатка.

В католических странах переход на григорианский календарь произошел в XVI в., в Скандинавии и Великобритании — в XVIII в. Православные страны Греция, Болгария, Румыния, Сербия приняли новый стиль в начале XX в. В России этот календарь был введен со среды 31 января 1918 г. Следующий день уже был 14 февраля, так как к тому времени календарная ошибка между новым и старым стилем достигла 13 дней.

Юлианский календарный год длиннее солнечного почти на 11 ¹/₄ мин, а григорианский — всего лишь на 26 с. Лишние сутки накопятся только в L в. (пятидесятом веке) н. э., потому что разница в один день набегает за 3300 лет, а для практических надобностей большей точности и не требуется.

Необходимо отметить, что и григорианский календарь не лишен недостатков: неодинаковая продолжительность месяцев, неравенство кварталов, несогласованность чисел месяцев с днями недели. Поэтому появились проекты новых (всемирных) календарей, в которых год более равномерно разделяется на полугодия, кварталы и т. д. Однако существующие политические и экономические отношения между странами не позволяют провести единую реформу и ввести всемирный календарь.

Много вопросов вызывают и привычные названия месяцев. Так, июль назван в память о римском правителе Юлии Цезаре, август — в честь римского императора Октавиана Августа. Остальные месяцы календаря получили свои названия по-разному: например, январь — в честь римского бога Януса, февраль— в честь ежегодных языческих обрядов очищения, март — по имени бога Марса, май — богини Майи, июнь — богини Юноны. Названия «сентябрь», «октябрь», «ноябрь», «декабрь» переводятся с латинского языка соответственно как «седьмой», «восьмой», «девятый», «десятый» и в настоящее время не соответствуют этой нумерации.

Кроме счета месяцев в годах, следует вести счет и самим годам. Для этой цели издревле использовались эры, т. е. длительные промежутки счета лет. Эрой называется исходный пункт каждого летоисчисления. У разных народов эры были разные и связывались с какими-либо знаменательными событиями.

Так, в Риме использовалась эра от основания Рима (753 г. до н. э.); в средневековой Европе — эра Диоклетиана, считавшаяся от восшествия на престол императора Диоклетиана (29 августа 284 г. н.э.). Она существовала до XVв. Иудеи отсчитывают начало эры от сотворения мира— от 3761г. до н. э. Христиане считают, что сотворение мира произошло в 5508 г. до н. э.

Эру от Рождества Христова ввел в 525 г. папский архивариус Дионисий Малый. Он приравнял 248 год эры Диоклетиана к 532 году от рождения Христа. Христианская, или новая, эра (наша эра) частично начала применяться с Хв., а повсеместно в католических странах лишь с XV в. В России она была введена в 1700 г. указом Петра I, согласно которому после 31 декабря 7208 г. от сотворения мира наступило 1 января 1700 г.

Мусульмане всего мира используют свою эру, которая называется хиджра и ведет счет лет от даты переселения Мухаммеда из Мекки в Медину, что произошло в сентябре 622г. н.э.

Вопросы и упражнения

1. Чем отличаются истинные солнечные сутки от средних солнечных суток? 2. Что понимают под средним Солнцем? 3. Что понимают под уравнением времени? Запишите и объясните уравнение времени. 4. Какое время называют местным? Как его определяют? 5. Что понимают под всемирным временем? 6. Как связаны между собой географические долготы места наблюдения с местным временем? 7. Как можно найти поясное время? Как определяется географическая долгота по поясному времени? 8. Что понимают под линией перемены дат? Где она проходит? 9. Назовите календарные системы. На каких принципах они строятся? 10. В чем состоит отличие григорианского календаря от юлианского? 11. Почему нельзя создать абсолютно точный календарь?