S?o?ce ?rednie i ?redni czas s?oneczny Chocia? ?ycie na ziemi uk?ada si? w ci?gu dnia wed?ug po?o?enia s?o?ca na sferze niebieskiej, to jednak jego pozorne ruchy na sferze niebieskiej nie nadaj? si? do precyzyjnej rachuby czasu metod? bezpo?redni?. Prawdziw? dob? s?oneczn? nazywamy interwa? czasu mi?dzy dwoma kolejnymi dolewaniami s?o?ca prawdziwego (tj. tego, które widzimy). Prawdziwe doby s?oneczne nie s? sobie równe na przestrzeni roku, a to dlatego, ?e ziemia nie porusza si? ze sta?? szybko?ci? wokó? s?o?ca i ?e jej ruch nie odbywa si? w p?aszczy?nie równika. ?ycie wymaga prawid?owo?ci i regularno?ci. Nieprawid?owo?ci? jest w?a?nie nierówna d?ugo?? dób s?onecznych. W celu usuni?cia w rachubie czasu tej nieregularno?ci, astronomowie wprowadzili s?o?ce fikcyjne, a to punkt poruszaj?cy si? ruchem jednostajnym na tle gwiazd w p?aszczy?nie równika. Ten punkt fikcyjny otrzyma? nazw? s?o?ca ?redniego, a jego ruch stanowi obecnie podstaw? powszechnej rachuby czasu. ?redni? dob? s?oneczn? nazywamy zatem interwa? czasu mi?dzy dwoma kolejnymi do?owaniami s?o?ca ?redniego. Wszystkie ?rednie doby s?oneczne na przestrzeni roku s? sobie równe. W roku zwrotnikowym mie?ci si? taka sama liczba prawdziwych i ?rednich dób s?onecznych. W ci?gu roku prawdziwe s?o?ce na ogó? nie góruje równocze?nie ze s?o?cem ?rednim. Z tego samego powodu k?ty godzinne prawdziwego i ?redniego s?o?ca s? ró?ne w tej samej chwili, a z tego wynika, ?e czas prawdziwy s?oneczny jest inny ni? ?redni s?oneczny. T? ró?nic? pomi?dzy czasem prawdziwym s?onecznym (T_p) a czasem ?rednim s?onecznym w tym samym miejscu na ziemi (T_s) i w tej samej chwili nazywamy równaniem czasu (E). Równanie to ma nast?puj?c? posta?: Równanie czasu w ci?gu roku zmienia si? w granicach od +16 minut do oko?o-16 minut, cztery razy w ci?gu roku zeruje si? i wtedy oba s?o?ca góruj? równocze?nie. Przebieg równania czasu w ci?gu roku podaje rys. 7. Definicja astronomiczna czasu mówi, ?e ?redni czas s?oneczny jest to k?t godzinny ?redniego s?o?ca +12h (wtedy pocz?tek doby, a wi?c zmiana daty wypada o pó?nocy). Jak zmierzy? k?t godzinny ?redniego s?o?ca, skoro to s?o?ce nie ?wieci, gdy? jest ono tworem geometrycznym, a nie fizycznym? Astronomowie obliczaj? naprzód bardzo dok?adnie po?o?enie jednego i drugiego s?o?ca na sferze niebieskiej dla ka?dego momentu, a z tych po?o?e? wyliczaj? równanie czasu. My za? mo?emy obliczy? po?o?enie ?redniego s?o?ca na podstawie obserwacji po?o?enia prawdziwego s?o?ca i równania czasu. Wszystkie te dane odnosz? si? do tej samej chwili, czyli musz? by? równoczesne. Czas miejscowy – (lokalny) strefowy i uniwersalny Obserwatorzy znajduj?cy si? na ziemi na wschód od nas obserwuj? górowanie s?o?ca wcze?niej ni? my, obserwatorzy za? na zachód od nas obserwuj? u siebie górowanie s?o?ca z pewnym opó?nieniem w stosunku do wskaza? naszego zegarka. Je?li ró?nica w d?ugo?ci geograficznej po?o?e? dwu obserwatorów wynosi 15°, to ró?nica w czasie obserwacji tego samego zjawiska np. górowania s?o?ca w identycznym po?o?eniu w stosunku do horyzontu wynosi 1 godzin?, co po przeliczeniu czyni dla jednego stopnia 4 minuty. Czas wskazany przez zegary na podstawie takich samych po?o?e? s?o?ca w stosunku do horyzontu miejsca obserwacji b?dzie w tej samej chwili ró?ny dla ró?nych miejscowo?ci, ró?ni?cych si? d?ugo?ciami geograficznymi. Czas taki nazywamy czasem miejscowym, a wskazuj? go zegary s?oneczne. Zegary s?oneczne wskazuj? czas prawdziwy s?oneczny miejscowy. Fakt ten obja?nia przyk?ad 2: O ile wcze?niej góruje s?o?ce w Warszawie ni? w Katowicach, je?li d?ugo?? geograficzna Warszawy λ = 21°0^m35^s, za? Katowic: λ = = 18°59^m30^s. Ró?nica w d?ugo?ci geograficznej obu tych miast wynosi okr?g?o 2 stopnie, co czyni 8 minut. Warszawa le?y na wschód w stosunku do Katowic, a wi?c ma czas miejscowy wcze?niejszy o 8 minut ni? Katowice, tzn. ?e w Warszawie s?o?ce góruje 8 minut wcze?niej, ni? w Katowicach. Ró?nica czasów miejscowych pomi?dzy miejscowo?ciami po?o?onymi na wschodnich i zachodnich ziemiach Polski dochodzi do 40 min., a na terenie Zwi?zku Radzieckiego osi?ga nawet 11 godzin. Wiele komplikacji ?yciowych powsta?oby na obszarze pa?stwa, gdyby ka?de miasto mia?o swój czas miejscowy, szczególnie obecnie przy szybkich ?rodkach ??czno?ci. W drodze konwencji mi?dzynarodowej zgodzono si? uznawa? ?rednie miejscowe czasy s?oneczne po?udników o d?ugo?ciach geograficznych 0°, 15°, 30° itd. co 15° na wschód i na zachód od po?udnika Greenwich, jako obowi?zuj?cego w strefie 15 stopni. Ten sam czas obowi?zuj?cy w danej strefie nazwano czasem strefowym. Z tego wzgl?du podzielono ca?? kul? ziemsk? na 24 stref czasowych. Ró?nica czasów pomi?dzy s?siednimi strefami równa si? jednej godzinie. Podzia? kuli ziemskiej na strefy czasowe przedstawia rys. 8 i tablica 1. W tablicy 1 podane s? w kolumnie 1 ró?nice pomi?dzy danym czasem strefowym a uniwersalnym – dodatnie na wschód od Greenwich, a ujemne na zachód od Greenwich, w kolumnie 2 natomiast nazwy czasów strefowych, lub kraje, które ta strefa obejmuje. Te same czasy strefowe mog? mie? ró?ne nazwy w ró?nych krajach. Polska le?y w strefie czasu ?rodkowo-europejskiego. W lecie obowi?zuje u nas czas wschodnio-europejski. Ró?nica czasów strefowych w zimie mi?dzy czasem w Polsce a czasem w Anglii wynosi 1 godz., w lecie za? 2 godz., natomiast ta sama ró?nica mi?dzy Polsk? a Moskw? wynosi w lecie 1 godz., a w zimie 2 godz. [1]. Czas miejscowy po?udnika Greenwich jest czasem zachodnio-europejskim i nazywa si? uniwersalnym (TU – tempus universale). Wed?ug czasu uniwersalnego nadawane s? w mi?dzynarodowej s?u?bie czasu sygna?y radiowe dla potrzeb astronomii, geodezji, geofizyki, marynarki i lotnictwa. Jak regulowa? zegarki wed?ug zegara s?onecznego? Trzeba pami?ta? o tym, ?e zegar s?oneczny wskazuje miejscowy prawdziwy czas s?oneczny w tym miejscu, gdzie on stoi, zegarki za? nasze wskazuj? czas strefowy, który jest miejscowym ?rednim czasem s?onecznym na po?udniku geograficznym 15° na wschód od Greenwich (prawie na tym po?udniku le?y Zgorzelec). Przeliczanie czasów obja?nia przyk?ad 3: Zegar s?oneczny w Planetarium ?l?skim wskazuje dnia 31.X.1980 r. godzin? 10. Jaki czas wskazuj? wtedy nasze zegarki? Czas, jaki zegar s?oneczny w Planetarium wskazuj e, jest czasem prawdziwvm s?onecznym miejscowym w Planetarium (Katowice). Czas prawdziwy s?oneczny miejscowy na po?udniku 15° jest o 16^m pó?niejszy, gdy? d?ugo?? geograficzna Katowic wynosi okr?g?o 19°, a 4° ró?nicy w d?ugo?ci geograficznej czyni ró?nic? w czasie 16m. Zegar s?oneczny na 15° d?ugo?ci geograficznej wskazywa? w tej chwili czas lokalny prawdziwy s?oneczny. T_p = 10^h – 16^m co czyni 9^h44^m Wiemy, ?e ró?nica pomi?dzy miejscowymi czasami, a to T_p (prawdziwym s?onecznym) i T_s (?rednim s?onecznym) spe?nia tzw. równanie czasu E. gdzie E na dzie? 31.X.1960 r. (w Roczniku Astronomicznym) wynosi 16^m20^s. Wstawiwszy do równania warto?ci za: T_p = 9^h44^m i E = 16^m20^s otrzymujemy: 9^h44^m – T_s = 16^m20^s st?d: T_s = 9^h44^m – 16^m20^s T_s = 9^h27^m40^s Odpowied?: je?eli zegar s?oneczny w Planetarium wskazuje czas 10^h, to na naszych zegarkach jest wtedy 9^h27^m40^s, a na zegarze w Stacji Sejsmologicznej Planetarium jest wówczas 8^h27^m40^s, gdy? zegar ten wskazuje czas uniwersalny. Przyk?ad 4. Jaki czas wskazuje zegar s?oneczny w Planetarium w dniu 31.X.1960 r., gdy zegarki nasze wskazuj? czas 14^h30^m20^s? Przeprowadzimy teraz obliczenia w kierunku odwrotnym ni? w przyk?adzie poprzednim. Czas 14^h30^m20^s jest czasem strefowym ?rodkowo-europejskim, a zarazem czasem ?rednim s?onecznym miejscowym na po?udniku 15°. Jaki b?dzie czas ?redni s?oneczny miejscowy w Katowicach? (T_s). T_s = 14^h30^m20^s + 16^m T_s = 14^h46^m20^s Zegar s?oneczny w Planetarium wskazuje w tym czasie T_p, czyli czas prawdziwy miejscowy s?oneczny w Katowicach. Z równania czasów wiadomo, ?e: T_p – T_s = E (dla Katowic) Po podstawieniu warto?ci: T_p – 14^h46^m20^s = 16^m20^s T_p = 14^h46^m20^s + 16^m20^s T_p = 15^h02^m40^s Jest to czas, jaki wskazuje zegar s?oneczny w Planetarium w ??danym czasie. Uwaga: równanie czasu jest podane w Roczniku Astronomicznym na ka?dy dzie? roku. Co zawdzi?czamy zegarom s?onecznym? Aczkolwiek nikt ju? dzi? – i od dawna – nie u?ywa zegarów s?onecznych, to jednak ka?dy uznaje ich wielk? rol? w kszta?towaniu si? poj?cia czasu i jego rachuby, oraz wielkiego znaczenia w rozwoju metrologii czasu. W pomiarach i definicjach jednostek wielko?ci fizycznych zawsze wyst?puje sekunda, albo jej wielokrotno??. Ta jednostka czasu jest ?redni? sekund? s?oneczn? i nie jest ona fikcj?, aczkolwiek s?o?ce ?rednie jest fikcyjne. ?rednia sekunda s?oneczna jest jednostk? realn? i jest to 1/86400 cz??ci ?redniej doby s?onecznej. Ujednostajnienie rachuby czasu, zdefiniowanie jednostek czasu, podstawy s?u?by czasu – oto wielka spu?cizna zegarów s?onecznych. Precyzyjne mechaniczne zegary, chronometry, chronografy, oscylografy, zegary kwarcowe i atomowe – to wielki post?p w precyzji w dziedzinie technologii i instrumentacji, to potomkowie zegara s?onecznego, który jako s?dziwy i dostojny o muzealnej warto?ci antenat – spogl?da z zadowoleniem na wielki post?p, w którym on te? uczestniczy.

Przypisy

• W Zwi?zku Radzieckim wprowadzono w 1930 roku czas dekretowy, który otrzymuje si? przez dodanie jednej godziny do danego czasu strefowego, wynikaj?cego z podzia?u przedstawionego w tablicy 1. Czas ten obowi?zuje przez ca?y rok.

Seria: Józef Sa?abun – Czas i jego pomiar

• Czas i jego pomiar (cz. 1)
  
• Czas i jego pomiar (cz. 2)
  

Komentarze z Forum