Top.Mail.Ru

Время Земли и Луна

Время Земли и Луна

         Содержание

     Постоянна ли длина суток

     Лунные часы

     Эфемерида луны

     Эфемеридное время

 

     Распорядок нашей жизни регулируется временем, которое мы измеряем с помощью естественных единиц, взятых из природы, — года и суток. Год, как известно, представляет собой период обращения Земли вокруг Солнца, а сутки — период вращения нашей планеты вокруг своей оси.

     Для определения времени в любой момент с давних пор употребляются специальные приборы — часы. Они постепенно совершенствовались, пройдя большой путь — от простейших песочных и водяных часов древности, с помощью которых производилось лишь грубое измерение времени, до современных, которые достигли в начале ХХ века столь высокого качества, что отклонялись от равномерного хода меньше сотой доли секунды за сутки.

     Однако даже самые совершенные механические часы, в которых время измеряется числом колебаний маятника, требуют постоянной проверки и согласования с естественным стандартом — вращением Земли. Еще недавно оно считалось столь равномерным, что служило основной мерой измерения.

Время Земли и Луна
Время Земли и Луна

 Постоянна ли длина суток?

     В нашей практической жизни, которая регулируется сменой дня и ночи, измерение времени, вероятно, всегда будет связано с вращением земного шара, и возможная неравномерность этого вращения не имеет значения.

     Но в ряде научных и технических вопросов ко всякой единице измерения предъявляется основное требование — постоянство. И вот,  было окончательно установлено, что сутки, составляющие период вращения Земли, этому требованию не удовлетворяют.

     Предположение о том, что длина суток постепенно увеличивается, то есть вращение Земли замедляется, высказал еще 200 лет назад немецкий философ Кант. Он же указал причину, которая постоянно влияет в этом направлении.

     С поразительной проницательностью Кант, не будучи астрономом или геофизиком, указал, что волна морского прилива, вызываемая притяжением Луны и Солнца, как бы привязанная невидимыми нитями тяготения к этим светилам, в течение суток обегает земной шар в направлении, противоположном его вращению, и этим тормозит его. Иначе говоря, трение приливной волны о дно океана и давление ее на встречаемые препятствия (материки) замедляют вращение Земли.

     Впоследствии такое замедление, несмотря на его незначительность, было действительно обнаружено. Удлинение суток вследствие приливного трения составляет всего лишь около 0,001 секунды за 100 лет, однако с течением времени, накопляясь, оно приводит к заметному отставанию в счете времени по вращению Земли.

     До нас дошли наблюдения солнечных и лунных затмений, бывших несколько тысячелетий тому назад. Удалось вычислить, что если бы земной шар вращался с постоянной скоростью, именно с такой, с которой он вращается ныне, то древние затмения должны были бы наблюдаться на несколько часов позже, чем указано в старых китайских или греческих летописях.

Время Земли и Луна
Время Земли и Луна

     Такое медленное изменение нашего стандарта времени, будучи правильным и равномерным, имеет значение только в некоторых специальных астрономических вопросах и учитывается лишь при вычислении движения тел солнечной системы давно прошедшие века.

Лунные часы.

     Но некоторое время назад были выявлены неравномерности во вращении Земли совсем другого рода. Это открытие сделано в связи с исследованиями движения Луны вокруг Земли.

     Изучением движения Луны занимались на протяжении нескольких столетий многие выдающиеся ученые не только потому, что оно представляло большой теоретический интерес для небесной механики, но имело и огромное практическое значение, давая решение основной задачи кораблевождения определения географической долготы — в море.

     Эта задача сводится к нахождению в плавании или путешествии времени начального меридиана, например, Пулковского, от которого отсчитывались долготы на старых русских картах, или Гринвичского, который ныне принят за международный.

     Для решения этой задачи было приложено много усилий. С одной стороны, они были направлены на изобретение и усовершенствование таких часов (хронометров), которые, будучи поставлены при отплытии из гавани, могли в условиях морского путешествия в течение многих месяцев показывать достаточно точно гринвичское время.

     С другой стороны, была проведена большая работа по изучению движения Луны, которая тоже представляет собой своеобразные часы. Действительно, Луну можно уподобить стрелке часов, которая движется по циферблату — зодиакальному поясу звездного неба.

Видео: Загадка лунной ночью.

     Движение это, очень неравномерно вследствие того, что оно совершается под влиянием притяжения не только Земли, но и Солнца и планет. Для того, чтобы пользоваться Луной как часами, нужно уметь очень точно учитывать эти неравномерности. А это чрезвычайно сложная задача, над которой трудились величайшие математики начиная с Ньютона, в том числе и петербургский академик Леонард Эйлер.

     На основании разработанных ими теорий составлялись таблицы для вычисления положения Луны любой момент времени.

     Наиболее точные и полные таблицы, изданные в 1919 году, были составлены американским ученым Э. Броуном. С их помощью во всех астрономических ежегодниках дается так называемая эфемерида Луны: ее небесные координаты на каждый час данного года.

Время Земли и Луна
Время Земли и Луна

     Однако, несмотря на все совершенство теории, вычисленные положения Луны заметно расходились с наблюдаемыми положениями. Раньше эти расхождения приписывались несовершенству теории и построенным на основании ее таблицам; но теперь мы знаем, что причина этому иная.

Эфемерида луны.

     Эфемериду Луны можно уподобить железнодорожному расписанию, в котором указано время прибытия поездов в определенное место. Точно так же эфемерида Луны устанавливает соответствие между местом Луны на небе и временем.

     Допустим, что на станцию прибывает поезд по станционным часам на 10 минут позже расписания. Начальник станции склонен считать, что поезд опоздал на 10 минут. Однако возможно и другое объяснение: может быть, поезд пришел вовремя, но часы на станции спешат на 10 минут. Не имея никаких других данных, нельзя сказать, какое объяснение правильно.

Время Земли и Луна
Время Земли и Луна

     Но если все другие поезда, как скорые, так и почтовые, приходят на эту станцию на 10 минут позже расписания; притом без задержек в пути, то имеется полное основание считать ошибочным показание станционных часов.

     Так и с Луной. Если Луна отклонилась от эфемериды по часам наблюдателя, то еще нельзя сказать, заключается ли ошибка в движении Луны или неверно время наблюдателя.

     Но если; кроме Луны, и другие планеты отклоняются от своих эфемерид так, что достаточно исправить время наблюдателя, чтобы все движения пришли в полное согласие, то можно быть уверенным в том, что ошибка заключается именно в показании часов, согласованных с вращением Земли, то есть, в конечном итоге, в этом вращении.

     Если время наблюдателя определяется на основании вращения Земли (например, по моменту, когда определенная звезда проходит через меридиан данного места, с известной долготой), то какое же время значится в эфемеридах Луны и планет?

     Эфемериды составляются по формулам небесной механики, в которых время фигурирует в виде переменной величины.

     Последняя выбирается так, чтобы в некоторый начальный момент, например, в гринвичский полдень 1 января 1900 года, эта переменная имела заданное значение, совпадающее со временем, определенным по вращению Земли, в данном случае так «называемым всемирным временем, и чтобы скорость изменения ее соответствовала вращения нашей планеты в начальный момент.

Время Земли и Луна
Время Земли и Луна

      Если бы вращение Земли оставалось неизменным, то время эфемериды продолжало бы совпадать с «земным» временем. Но если период вращения Земли изменяется неправильно или периодически, то такое совпадение окажется нарушенным и появятся два разных способа измерения времени, один — на основании вращения Земли и другой — с помощью движения Луны.

     Время, определяемое по первому способу, важно для практической жизни. Это время поясное, называемое для нулевого пояса всемирным.

     Но второй способ научно более обоснован, так как полнее соответствует основному требованию: чтобы избранная единица измерения была как можно более постоянной и неизменной. Установленное таким образом время получило название эфемеридного.

Эфемеридное время.

     Из наблюдений одной лишь Луны нельзя решить дилеммы о том, что же повинно в несоответствии лунной эфемериды: движение Луны, как думали раньше, или вращение Земли, как считается ныне, а может быть, в известной мере и то и другое.

     Уверенно решить этот вопрос с помощью одних лишь наблюдений Луны нельзя. Если «ошибается Луна», то это, так сказать, — ее личное дело, которое не имеет других последствий, кроме того, что существует какое-то еще неизвестное влияние на движение Луны, не учитываемое при вычислении эфемериды.

     Но если ошибка заключается в измерении времени с помощью недостаточно равномерного вращения Земли, то это обстоятельство должно иметь более широкие последствия. Ведь в таком случае неверно наше измерение времени вообще, что должно отразиться и во всех других случаях, где требуется знание верного времени.

     Для решения этого вопроса нужно было обратиться к движению других тел солнечной системы, которое достаточно хорошо изучено. Движение планет также дается эфемеридами, составленными на основании соответствующих теорий. Такие планеты, как Юпитер и Сатурн, движутся настолько медленно, что разница в моменте на несколько секунд не влияет заметным образом на их видимое положение на звездном небе.

     Только наиболее быстро движущиеся планеты — Меркурий, Венера и Земля могут служить для проверки предположения об ошибочности измерения времени по вращению Земли.

Время Земли и Луна
Время Земли и Луна

     И действительно, движение названных планет, в котором уже раньше замечались небольшие отклонения от теории, полностью подтвердило это предположение.

     Оказалось, что если исправить время так, чтобы привести в согласие наблюдаемое движение Луны с вычисленным, то есть ввести вместо всемирного эфемеридное время, то и наблюдаемое движение планет приходит в полное согласие с теорией.

     Этим был решен вопрос о действительной неравномерности времени, измеряемого вращением Земли, и найден другой способ, обладающий значительно большим постоянством. Этим также оправдано введение термина «эфемеридное время».

     Разница между эфемеридным и всемирным временем за последние годы увеличивалась (в 1958 году, достигла 31 секунды). Как она будет себя вести дальше, сказать наперед нельзя, так как еще недостаточно изучены причины, влияющие на вращение Земли.

     В числе этих причин есть метеорологические, имеющие сезонный характер. Это перемещения больших масс воздуха и замерзшей воды по земной поверхности. Зимой над серединой азиатского материка устанавливается высокое давление воздуха, когда на поверхность в миллионы квадратных километров притекают огромные воздушные массы весом в сотни миллиардов тонн.

     Нагрузку такого же порядка создают и массы снега, скапливающиеся зимой в умеренных и полярных областях материков.

     Такое периодическое перемещение масс на поверхности нашей планеты вызывает два родственных астрономических явления: движение земных полюсов и неравномерность вращения Земли с годичным периодом.

     Оказалось, что вращение замедляется примерно с октября по май, а затем ускоряется до следующего октября. Наибольшие отклонения в продолжительности суток от средней достигают за год + 0,0005 секунды в марте и — 0,0006 секунды в июле и августе.

     Знак (+) указывает здесь на замедление вращения, то есть увеличение длины суток, знак (-) на укорочение последней.

     Однако такие малые флюктуации (волнообразные движения) невозможно было выявить описанным способом, из наблюдений Луны, которые дают точность определения эфемеридного времени только до 0,1 секунды. Эти флюктуации были уверенно найдены в последние 5 — 6 лет совсем другим способом: сравнением вращения Земли с точными часами.

Часы Масляный насос Jacob & Co.

Видео: Клад из прошлой жизни или наследство от пирата.

 

You May Also Like