Продолжительность земных суток. Что такое год, месяц, сутки с точки зрения астрономии? Что такое год

Более строго это промежуток времени между двумя одноимёнными (верхними или нижними) кульминациями (прохождениями через меридиан) центра Солнца в данной точке Земли (или иного небесного тела).

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

Проблемы високосного года и звездных суток

Подробнее о времени

Субтитры

Солнечные сутки на Земле

Колебания продолжительности солнечных суток

Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды СИ . Следует отметить, что здесь в качестве единицы измерения указана именно секунда СИ, определённая с использованием внутриатомного периодического процесса, а не средняя солнечная секунда, которая по определению равна 1/86 400 части средних солнечных суток и, следовательно, также не является постоянной.

Введение поправок

Хотя средние солнечные сутки не являются, строго говоря, неизменной единицей времени, но повседневная жизнь людей связана именно с ними. В связи с накоплением поправки к длительности суток в среднем солнечном времени по отношению к равномерному атомному времени, иногда приходится добавлять к атомной шкале UTC так называемую високосную секунду , чтобы восстановить привязку этой шкалы к солнечной шкале времени . Теоретически возможно и вычитание високосной секунды, так как вращение Земли в принципе не обязано постоянно замедляться.

Солнечные сутки на других планетах и спутниках

Луна

Средние солнечные сутки на Луне равны среднему синодическому месяцу (среднему промежутку между двумя одинаковыми фазами Луны , например, полнолуниями) - 29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды. Истинные солнечные сутки могут отклоняться от средних на 13 часов в обе стороны, что связано как с неравномерностью движения Земли по орбите, так и с наклоном орбиты Луны к эклиптике, с эллиптичностью её орбиты и с наклоном оси вращения Луны к плоскости орбиты (см. также Либрация).

Другие На газовых гигантах, не имеющих твёрдой поверхности, солнечные сутки зависят от широты - атмосфера вращается с разными скоростями на разных широтах.

Меркурий обходит вокруг Солнца за 87,97 дня, а вокруг своей оси делает полный оборот за 58,65 дня (эти периоды относятся как 3:2). Средний промежуток времени между двумя верхними кульминациями Солнца на этой планете равен 176 дням, что равно двум её годам. Интересно, что когда он находится вблизи перигелия, Солнце для наблюдателя на поверхности планеты может в течение 8 дней двигаться в обратном направлении, поэтому, строго говоря, привязка определения солнечных суток к кульминации в этом случае не вполне корректна.

На Венере , чей сидерический период обращения вокруг своей оси равен 243 дням - больше, чем орбитальный период (224,7 дня), средние солнечные сутки равны примерно 116,7 дня (из-за вращения в обратную сторону)

На Марсе средние солнечные сутки лишь слегка больше, чем земные. Они равны 24 ч 39 мин 35,244 с.

На Юпитере сутки равны 9 часам 55 минутам 40 секундам, на Сатурне 10 часам 34 минутам 13 секундам. Сутки на Уране равны 17 часам 14 минутам 24 секундам, а на Нептуне 15 часам 57 минутам 59 секундам.

У Плутона ввиду его крайней удалённости от Солнца (и, следовательно, малости угловой орбитальной скорости) средние солнечные сутки практически равны периоду вращения: 6 дней 9 часов 17 минут 36 секунд.

Примечания

1. Сутки как единица времени

Прежде всего напомним, что единицей времени в астрономии, как и в других науках, является секунда международной системы единиц СИ - атомная секунда. Приведём определение секунды, как оно дано 13-й Генеральной конференцией мер и весов в 1967 г.:

Секунда - это продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения атома цезия 133, испускаемого им при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния (см. страницу Международного бюро мер и весов, там же приводятся некоторые уточнения).

Если слово "сутки" используется для обозначения единицы времени, оно должно пониматься как 86400 атомных секунд. В астрономии употребляются и более крупные единицы времени: юлианский год - 365.25 суток точно, юлианское столетие - 36525 суток точно. Международный астрономический союз (общественная организация астрономов) в 1976 г. рекомендовал астрономам использовать именно такие единицы времени. Основная шкала времени, Международное атомное время (Time Atomic International, TAI), строится на основе показаний множества атомных часов в разных странах. Следовательно, с формальной точки зрения, основа измерения времени ушла из астрономии. Старые единицы "средняя солнечная секунда", "звёздная секунда" не должны использоваться.

2. Сутки как период вращения Земли вокруг оси

Дать определение такому употреблению слова "сутки" несколько сложнее. Причин тому много.

Во-первых, ось вращения Земли, или, выражаясь научно, вектор её угловой скорости, не сохраняет постоянного направления в пространстве. Это явление носит название прецессии и нутации. Во-вторых, сама Земля не сохраняет постоянной ориентировки относительно вектора её угловой скорости. Это явление называется движением полюсов. Поэтому радиус-вектор (отрезок от центра Земли до точки на поверхности) наблюдателя на поверхности Земли не вернётся через один оборот (и вообще никогда) к прежнему направлению. В-третьих, скорость вращения Земли, т.е. абсолютная величина вектора угловой скрости, тоже не остаётся постоянной. Так что, строго говоря, определённого периода вращения Земли не существует. Но с определённой степенью точности, несколько миллисекунд, можно говорить о периоде вращения Земли вокруг оси.

Кроме того, надо указать направление, относительно которого мы будем отсчитывать обороты Земли. Таких направлений в астрономии сейчас используется три. Это направление на точку весеннего равноденствия, на Солнце и небесное эфемеридное начало.

Период вращения Земли относительно точки весеннего равноденствия называется звёздными сутками. Он равен 23h 56m 04.0905308s. Обратите внимание, что звёздные сутки - это период относительно точки весны, а не звёзд.

Точка весеннего равноденствия сама совершает сложное движение на небесной сфере, поэтому это число следует понимать как среднее значение. Вместо этой точки Международный астрономический союз предложил использовать "небесное эфемеридное начало". Мы не будем давать его определения (оно довольно сложно). Оно выбрано так, чтобы период вращения Земли относительно него был близок к периоду относительно инерциальной системы отсчёта, т.е. относительно звёзд или точнее, внегалактических объектов. Угол поворота Земли относительного этого направления называется звёздным углом. Он равен 23h 56m 04.0989036s, чуть больше звёздных суток на величину, на которую точка весны смещается на небе из-за прецессии за сутки.

Наконец, рассмотрим вращение Земли относительно Солнца. Это самый сложный случай, поскольку Солнце движется на небе не по экватору, а по эклиптике и притом неравномерно. Но эти солнечные сутки, очевидно, и самые важные для людей. Исторически сложилось так, что атомная секунда была подогнана под период вращения Земли относительно Солнца, причём осреднение было сделано приблизительно за 19 век. Этот период равен 86400 единиц времени, которые назывались средними солнечными секундами. Подгонка произошла в два приёма: сначала было введено "эфемеридное время" и "эфемеридная секунда", а затем атомная секунда была положена равной эфемеридной секунде. Таким образом, атомная секунда всё-таки "происходит от Солнца", но атомные часы в миллион раз точнее, чем "земные часы".

Период вращения Земли не остаётся постоянным. Причин для этого много. Это и сезонные изменения в распределении температуры и давления воздуха по земному шару, и внутренние процессы, и внешние воздействия. Различают вековое замедление, декадные (в течение десятилетий) неравномерности, сезонные и внезапные. На рис. 1 и 2 приведены графики, показывающие изменение продолжительности суток в 1700-2000 гг. и в 2000-2006 гг. На рис. 1 прослеживается тенденция к увеличению суток, а на рис. 2 - сезонная неравномерность. Графики основаны на материалах Международной службы вращения Земли и опорных систем (International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS).

Нельзя ли вернуть основу измерения времени в астрономию и стоит ли это делать? Такая возможность существует. Это пульсары, периоды вращения которых сохраняются с большой точностью. Кроме того, их известно много. Не исключено, что на больших промежутках времени, например, десятилетиях, наблюдения пульсаров послужат уточнению атомного времени и будет создана шкала "пульсарного времени".

Изучение неравномерности вращения Земли очень важно для практики и интересно с научной точки зрения. Например, спутниковая навигация невозможна без знания вращения Земли. А его особенности несут информацию о внутреннем строении Земли. Эта сложная проблема ждёт своих исследователей.

Время на Земле воспринимается как нечто должное. Люди не задумываются, что интервал, которым измеряется время, относителен. К примеру, измерение дней и лет происходит по физическим факторам: учитывается расстояние от планеты до Солнца. Один год равен тому времени, за которое планета обходит вокруг Солнца, а один день - это время полного поворота вокруг своей оси. По этому же принципу рассчитывается время на других небесных телах солнечной системы. Многих людей интересует, а сколько длятся сутки на Марсе, Венере и других планетах?

На нашей планете сутки длятся 24 часа. Именно за столько часов Земля выполняет оборот вокруг своей оси. Длина дня на Марсе и других планетах отличается: где-то он короткий, а где-то очень длинный.

Определение времени

Чтобы узнать, сколько длятся сутки на Марсе, можно использовать солнечные или звездные сутки. Последний вариант измерений представляет собой период, в течение которого планета совершает один поворот вокруг своей оси. Сутки отмеряют то время, которое необходимо, чтобы звезды стали на небе в такое же положение, с которого начался отсчет. Звездный путь Земли составляет 23 часа и почти 57 минут.

Солнечные сутки - это единица времени, за которое планета оборачивается вокруг оси относительно солнечного света. Принцип отмеривания этой системой такой же, как и при измерении суток звездных суток, только в качестве ориентира используется Солнце. Звездные и солнечные сутки могут быть разными.

А сколько длятся сутки на Марсе по звездной и солнечной системе? Звездные сутки на красной планете составляют 24 с половиной часа. Солнечные сутки продолжаются немного дольше - 24 часа и 40 минут. Сутки на Марсе на 2,7 % продолжительнее, чем земные.

При отправке аппаратов для исследования Марса учитывается время на нем. В устройствах присутствуют специальные встроенные часы, расходящиеся с земными на 2,7 %. Знания о том, сколько длятся сутки на Марсе, позволяют ученым создавать особые марсоходы, которые синхронизированы с марсианскими сутками. Использование особых часов важно для науки, так как марсоходы работают на солнечных батареях. В качестве эксперимента для Марса разрабатывали часы, учитывающие солнечные сутки, но их применить не удалось.

Нулевым меридианом на Марсе считают тот, который проходит через кратер под названием Эйри. Однако на красной планете нет часовых поясов, как на Земле.

Марсианское время

Зная, сколько часов в сутках на Марсе, можно подсчитать, какова продолжительность года. Сезонный цикл схож с земным: Марс имеет ту же наклонность, что и Земля (25.19°) по отношению к собственной орбитальной плоскости. От Солнца до красной планеты расстояние колеблется в различные периоды от 206 до 249 миллионов километров.

Показатели температуры отличаются от наших:

• средняя температура -46 °С;
• в период удаления от Солнца температура около -143 °С;
• в летнее время - -35 °С.

Вода на Марсе

Интересное открытие сделали ученые в 2008 году. Марсоход обнаружил на полюсах планеты водяной лед. До этого открытия считалось, что на поверхности есть только углекислые льды. Еще позже выяснилось, что на красной планете выпадают осадки в виде снега, а возле южного полюса выпадает углекислый снег.

На протяжении года на Марсе наблюдаются бури, распространяющиеся на сотни тысяч километров. Они мешают отслеживать происходящее на поверхности.

Год на Марсе

Вокруг Солнца красная планета совершает круг за 686 земных дней, перемещаясь со скоростью 24 тысяч километров в секунду. Разработана целая система обозначения марсианских лет.

При изучении вопроса о том, сколько длятся сутки на Марсе в часах, человечество сделало множество сенсационных открытий. Они показывают, что красная планета близка к Земле.

Длительность года на Меркурии

Меркурий - это близкорасположенная к Солнцу планета. Она совершает оборот вокруг своей оси за 58 земных дней, те есть одни сутки на Меркурии составляют 58 земных суток. А чтобы облететь вокруг Солнца, планете необходимо всего лишь 88 земных дней. Это удивительное открытие показывает, что на этой планете год длится почти три земных месяца, и пока наша планета облетает один круг вокруг Солнца, Меркурий совершает более четырех оборотов. А сколько длятся сутки на Марсе и других планетах при сравнении с меркурианским временем? Это удивительно, но всего за полтора марсианских дня на Меркурии проходит целый год.

Время на Венере

Необычным является время на Венере. Один день на данной планете длится 243 земных дня, а год на этой планете продолжается 224 земных дня. Это кажется странным, но такая вот загадочная Венера.

Время на Юпитере

Юпитер - самая большая планета нашей Солнечной системы. Исходя из ее размеров, многие считают, что день на ней длится долго, но это не так. Его продолжительность составляет 9 часов 55 минут - это меньше половины продолжительности нашего земного дня. Газовый гигант быстро вращается вокруг своей оси. Кстати, из-за него на планете бушуют постоянные ураганы, сильные штормы.

Время на Сатурне

День на Сатурне длится примерно столько же, сколько на Юпитере, и составляет 10 часов 33 минуты. А вот год длится примерно 29345 земных лет.

Время на Уране

Уран - это необычная планета, и определить, сколько будет длиться световой день на ней, не так просто. Звездный день на планете длится 17 часов и 14 минут. Однако у гиганта сильный наклон оси, из-за чего он вращается вокруг Солнца практически на боку. Из-за этого на одном полюсе лето будет длиться 42 земных года, в то время как на другом полюсе в это время будет ночь. При повороте планеты другой полюс будет освещаться 42 года. Ученые пришли к выводу, что сутки на планете длятся 84 земных года: один урановский год длится почти один урановский день.

Время на других планетах

Занимаясь вопросом о том, сколько длятся сутки и год на Марсе и других планетах, ученые нашли уникальные экзопланеты, где год длится всего 8,5 земных часов. Эта планета называется Kepler 78b. Также была обнаружена другая планета KOI 1843.03, с более коротким периодом вращения вокруг своего солнца - всего 4,25 земных часов. Каждый день человек становился бы на три года старше, если жил бы не на Земле, а на одной из этих планет. Если бы люди могли подстраиваться под планетарный год, то лучше всего отправиться на Плутон. На этом карлике год составляет 248,59 земных лет.

Данное понятие возникло еще в древности. Продолжительность суток не вызывала сомнений, что даже нашло выражение в пословице: «День да ночь – сутки прочь». Время, принимаемое за начало суток, менялось от народа к народу и от эпохи к эпохе. Сейчас концом предыдущих суток и началом последующих считается полночь. В Древнем Египте сутки считали от рассвета до рассвета, у древних евреев – от вечера до вечера (сейчас такой счет сохранился в Православной церкви).

Сутки на Земле

Развитие науки уточнило понятие суток: время, за которое планета совершает полный оборот вокруг своей оси. Это движение определяется по положению светил на небосводе.

В астрономии сутки отсчитываются от пересечения меридиана светилом. Такое пересечение называется верхней кульминацией, а за точку отсчета традиционно принимается Гринвичский меридиан. Значение имеет пересечение меридиана центром видимого солнечного диска (это называется истинным Солнцем), средним Солнцем (воображаемой точкой, которая в течение тропического года совершает полный оборот вокруг точки весеннего равноденствия, равномерно продвигаясь по экватору) и точкой весеннего равноденствия или определенной звездой. В первом случае говорят об истинных солнечных сутках, во втором – о средних солнечных, в третьем – о звездных.

Продолжительность звездных суток отличается от продолжительности солнечных. Земля не только вращается вокруг своей оси, она еще и Солнца. Чтобы Солнце появилось на небосводе, Земле приходится сделать чуть больше полного оборота вокруг своей оси. Поэтому продолжительность солнечных суток, используемых в быту, равна 24 часам, а звездных – 23 часа 56 минут 4 секунды. Этот промежуток времени учитывается при решении астрономических задач.

Продолжительность истинных солнечных суток постоянно колеблется из-за Земли по орбите, поэтому для удобства в основу счета времени положены средние солнечные сутки, продолжительность которых составляет 24 часа.

Сутки на других объектах Солнечной системы

Еще более поразительные явления, касающиеся продолжительности суток, можно наблюдать на других планетах и спутниках. Что касается последних, значение имеет не только вращение вокруг своей оси и движение вокруг Солнца, но и обращение вокруг своей планеты и наклон оси. Например, на Луне средние солнечные сутки длятся по земному счету 29 суток 44 минуты 2,82 секунды, а отклонение истинных солнечных суток от этого показателя могут достигать 13 часов.

Кроме Луны, Фобоса, Деймоса и Харона все спутники в Солнечной системе вращаются вокруг планет-гигантов. Гравитация этих колоссальных планет замедляет вращение спутников, поэтому у большинства из них сутки оказываются равными периоду обращения вокруг планеты. Но есть одно небесное тело, которое выбивается из общей картины – Гиперион, один из спутников Сатурна. Из-за орбитального резонанса с другим спутником – Титаном – скорость его вращения постоянно меняется. Одни сутки на Гиперионе могут отличаться от других на несколько десятков процентов!

Среди планет по продолжительности суток наиболее близок к Земле Марс: марсианские сутки длятся 24 часа 39 минут 35,244 секунды.
«Рекордсменами» по продолжительности суток можно считать Венеру и Юпитер. На Венере сутки самые длинные – 116 земных дней, а на Юпитере – самые короткие, чуть меньше 10 часов. Впрочем, применительно к Юпитеру и другим газовым гигантам о продолжительности суток говорят лишь как о среднем показателе. Вещество, составляющее газовый шар, вращается с разной скоростью на различных географических широтах. Например, точная продолжительность суток на экваторе Юпитера – 9 часов 50 минут 30 секунд, а у полюсов – на одну секунду меньше.

Время - важнейшая философская, научная и практическая категория. Выбор способа измерения времени интересовал человека с древнейших времен, когда практическая жизнь стала связываться с периодами обращения солнца и луны. Несмотря на то что первые часы — солнечные — появились за три с половиной тысячелетия до нашей эры, эта проблема остаётся достаточно сложной. Часто ответить на самый простой вопрос, с ней связанный, например "сколько в сутках часов", бывает не так просто.

История времяисчисления

Чередование светлого и темного времени суток, периодов сна и бодрствования, работы и отдыха стало означать для людей ход времени ещё в первобытные времена. Ежедневно солнце двигалось по небосклону днем, от восхода до заката, а луна - ночью. Логично, что период между одинаковыми фазами движения светил стал единицей времяисчисления. День и ночь постепенно сложились в сутки — понятие, определяющее смену даты. На их основе появились более краткие единицы времени - часы, минуты и секунды.

Впервые определять, сколько в сутках часов, стали в античные времена. Развитие познаний в астрономии привело к тому, что день и ночь стали делить на равные периоды, связанные с восходом к небесному экватору определенных созвездий. А шестидесятеричную систему счисления греки переняли от древних шумеров, которые считали её наиболее практичной.

Почему именно 60 минут и 24 часа?

Чтобы сосчитать что-либо, древний человек использовал то, что обычно всегда под рукой - пальцы. Отсюда берет начало десятеричная система счисления, принятая в большинстве стран. Другой способ, основанный на фалангах четырех пальцев раскрытой ладони левой руки, достиг расцвета в Египте и Вавилоне. В культуре и науке шумеров и других народов Междуречья священным стало число 60. Во многих случаях делить его без остатка позволяло наличие множество делителей, одним из которых является 12.

Математическое понятие того, сколько в сутках часов, берет начало в Древней Греции. Греки одно время учитывали в календаре только светлое время дня и разделили время от восхода до заката на двенадцать одинаковых интервалов. Затем они так же поступили с ночным временем, в результате получили 24-частное деление суток. Греческие ученые знали, что долгота дня в течение года меняется, поэтому долгое время существовали дневные и ночные часы, которые были одинаковы только в дни равноденствия.

От шумеров греки восприняли и деление окружности на 360 градусов, на основе которого была разработана система географических координат и деление часа на минуты (minuta prima (лат.) - "уменьшенная первая часть" (часа)) и секунды (secunda divisio (лат.) - "второе деление" (часа)).

Солнечные сутки

Смысл суток относительно взаимодействия небесных объектов - это отрезок времени, за который Земля делает полный оборот вокруг оси вращения. Учеными-астрономами принято делать несколько уточнений. Они выделяют солнечные сутки - начало и окончание оборота считается по нахождению Солнца в одной и той же точке небесной сферы - и разделяют их на истинные и средние.

Сказать с точностью до секунды, сколько часов в сутках, которые называются истинными солнечными, без уточнения конкретной даты невозможно. В течение года их продолжительность периодически меняется на почти минуту. Это происходит из-за неравномерности и сложной траектории движения светила по небесной сфере - ось вращения планеты имеет наклон около 23 градусов относительно плоскости небесного экватора.

Более-менее точно можно сказать, сколько часов и минут в сутках, которые специалистами именуются как средние солнечные. Это и есть привычные, используемые в повседневной жизни календарные отрезки времени, определяющие конкретную дату. Считается, что их продолжительность постоянна, что в них ровно 24 часа, или 1440 минут, или 86 400 секунд. Но и это утверждение условно. Известно, что скорость вращения Земли уменьшается (сутки удлиняются за сто лет на 0,0017 секунды). На интенсивность вращения планеты влияют сложные гравитационные космические взаимодействия и спонтанные геологические процессы внутри неё.

Звездные сутки

Современные требования к расчетам в космической баллистике, навигации и т. п. таковы, что вопрос о том, сколько часов длятся сутки, требует решения с точностью до наносекунд. Для этого выбираются более стабильные точки отсчета, чем близлежащие небесные тела. Если рассчитывать полный оборот земного шара, взяв за исходный момент его положение относительно точки весеннего равноденствия, можно получить длительность суток, называемых звездными.

Современная наука точно устанавливает, сколько часов в сутках, носящих красивое наименование звездных, — 23 ч 56 мин 4 с. При этом в некоторых случаях их длительность еще более уточняется: истинное количество секунд - 4,0905308333. Но и этот масштаб уточнений бывает недостаточным: на постоянство точки отсчета влияет неравномерность орбитального движения планеты. Чтобы исключить этот фактор, выбирается особое, эфемеридное начало координат, связанное с внегалактическими радиоисточниками.

Время и календарь

Окончательный вариант определения того, сколько в сутках часов, близкий к современному, был принят в Древнем Риме, с введением юлианского календаря. В отличие от древнегреческой системы времяисчисления сутки делились на 24 равных интервала, вне зависимости от времени суток и времени года.

В разных культурах применяются свои календари, имеющие точкой отсчета специфические события чаще всего религиозного характера. Но продолжительность средних солнечных суток на всей Земле одинакова.