Звездное время

В мореходной астрономии важную роль играет звездное время. Звездным сутками называется промежуток времени полного оборота Земли относительно точки Овна. За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Следовательно, промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется звездными сутками. Промежуток времени в звездных единицах, протекший от начала звездных суток до данного физического момента, называется звездным временем. Звездное время принято обозначать буквой S. Поскольку начало звездных суток совпадает с началом счета часовых углов светил, то, следовательно, звездное время в данный момент есть часовой угол точки весеннего равноденствия, т.е.

S = t

Изобразим небесную сферу на плоскость небесного экватора.Пусть точка C представляет положение какой-либо звезды на сфере в данный момент времени; — положение точки весеннего равноденствия (точка Овна); t — западный часовой угол и — прямое восхождение звезды. Из рисунка видно, что звездное время в данный момент равно сумме, прямого восхождения и часового угла звезды в тот же самый момент, т.е.

S = t +         (2.1)

Это выражение называется основной формулой времени. Оно связывает координаты светил со временем, позволяет переходить от звездного времени к солнечному и решать другие важные задачи. В мореходной астрономии эту формулу часто применяют для расчета часовых углов звезд:

t^*_W = S —

Чтобы упростить расчеты, заменим вычитание более удобным сложением, введя звездное дополнение:

= 360° — .

Тогда:

t^*_W = S + .

Звездное дополнение — это дуга небесного экватора от точки Овна до меридиана светила, отсчитываемое в сторону суточного вращения небесной сферы.

Т.к. звездное дополнение очитывается в ту же стороны что и западные часовые углы, то в английских пособиях по мореходной астрономии эта координата обозначается как SHA — абривиатура от Sideral Hour Angle, что дословно переводится как звездный часовой угол.

Основное достоинство звездного времени — его равномерное изменение. Но в повседневной жизне звездное время не используется, т.к её основной недостаток — начало звездных суток приходится на разное время солнечных суток. Так 21-го марта Солнце (положение 1 на рисунке) расположено в точке Овна , при этом звездные сутки начинаются в полдень. Через сутки Солнце переместится по эклиптике примерно на 1° = 4^м и будет кульминировать через 4^м после точки Овна. Через три месяца — 22-го июня Солнце переместится в положение 3 — кульминицая точки Овна произойдет в 6^ч утра. 23-го сентября, когда Солнце будет в положении 4, звездные сутки начнутся в полночь. 22-го декабря Солнце будет в положении 4, поэтому звездные сутки начнутся вечером в 18^ч.

Среднее время.

Солнечным, или истинным сутками называется промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями центра Солнца на одном и том же меридиане. За начало солнечных суток обычно принимается нижняя кульминация Солнца, поэтому истинным солнечным временем (Т )называется промежуток времени от нижней кульминации Солнца до данного момента.

Однако истинное время имеет большой недостаток — оно изменяется неравномерно. Это следует из второго закона Кеплера, согласно которого за равные промежутки времени радиус-вектор планеты описывает одинаковые площади. Поэтому суточное изменение прямого восхождения Солнца неодинаково в течение года — изменяется от 53,8′ до 66,6′. Следовательно, разность между самыми длинными и самыми короткими солнечными сутками составит 66,6′ -53,8′ =12,8′ или 51с (почти 1 минута).

Для того чтобы сутки были одинаковой продолжительности их отсчет ведется по так называемому среднему Солнцу. Средним Солнцем называется фиктивная точка, которая в отличии от истинного Солнца движется равномерно по небесному экватору.
Средними сутками называется промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца на меридиане наблюдателя.

Средним временем называется промежуток времени между нижней кульминации среднего Солнца и данным моментом. Измеряется дугой небесного экватора от полуночной части меридиана наблюдателя до меридиана среднего Солнца. Среднее время измеряется в часовой мере.

T = t ± 12^ч         (2.2)

Так как среднее Солнце движется равномерно, а истинное Солнце неравномерно, то истинное Солнце будет то обгонять, то отставать от среднего Солнца.

Уравнение времени и связь среднего и истинного времени.

Уравнением времени называется разность среднего и истинного времени, численно равная разности часовых углов среднего и истинного Солнца, т.е.

= t — t         (2.3)

или         = —

Уравнение времени можно выбрать из МАЕ или с графика. Из графика видно, что четыре раза в году уравнение времени равно нулю (16 апреля, 14 июня, 1 сентября и 25 декабря) и четыре экстремальных значения: (11 февраля +14,3^м, 15 мая -3,8^м, 26 июля +6,4^м и 3 ноября -16,4^м). Эти знания помогли героям романа Жюль Верна «Таинственный остров» определить долготу своего местонахождения.

Уравнение времени устанавливает вззаимосвязь между истинным и средним временем, на основании которой можно решать следующие задачи.

• 1. Получение часового угла Солнца по известному времени.

t = T ± 12 —

• 1. Получение времени времени кульминации Солнца.
     Для верхней кульминации t = 0, поэтому из последней формулы имеем

Т_в.к = 12^ч +

Эту взаимосвязь наглядно можно увидеть на представленном фрагменте МАЕ (внизу на правом развороте ежедневных страниц).

Связь среднего и звездного времени.

Применяя основную формулу времени к среднему Солнцу S = t + , но из формулы времени t = T ± 12^ч, поэтому

S = T ± 12^ч +         (2.4)

2.2. Местное, гринвичское, поясное время.

• Времена на различных меридианах, местное время.
• Поясное время.
• Декретное, летнее, стандартное, судовое время.
• Линия смены дат.

Времена на различных меридианах, местное время.

Изобразим небесную сферу в проекции на небесный экватор.
Местное среднее время (Т_м) — это это промежуток времени между моментом нижней кульминации среднего Солнца и текущим моментов времени для наблюдателя, находящегося на меридиане с долготой .
Гринвичское время (Т_гр) — это местное время гринвичского меридиана.
Из рисунка видно, что на востоке местное время (Т_м) всегда больше гринвичского времени (Т_гр) на величину дуги долготы

Т_гр = Т_м ± ^W_E         Т_м = Т_гр ± ^E_W         (2.5)

Гринвичское время иногда называют всемирным. Оно является аргументом для входа в Морской астрономический ежегодник (МАЕ).
Местное время Т_м на практике не используется по двум причинам:

1. Судно движется, поэтому долгота судна изменяется, что создает трудности в расчете местного времени.
2. На суше для двух наблюдателей, имеющих разность долгот °, местные времена будут отличаться на величину Т^м = 15 °.

Поясное время.

Широкое распространение получила система поясного премени, принятая на астрономическом конгрессе 1884 г по предложению канадского инженера транспорта Флеминга.
Вся Земля разделена на 24 часовых пояса по 15° (или 1^ч) долготы в каждом. Меридианы 0°, 15°, 30° и далее через 15° (до 180°) являются центральными для каждого пояса, меридианы с долготами 7°30′, 22°30′ и далее — это границы поясов. Они точно следуют по меридианам только в открытом море и океане.

Поясным временем Т_п называется местное время центрального меридиана данного часового пояса, принятое по всей территории пояса.
Пояс с центральным меридианом Гринвича считается нулевым, а от него идет нумерация поясов к E или W, до двенадцатого пояса включительно.

Для определения номера пояса, в котором находится судно или данный пункт, надо его долготу разделить на 15°. Частное от деления дает номер пояса, а если в остатке получится болше 7°30′, то рассчитанный таким образом номер пояса увеличивается на единицу.
Примеры: = 20°Е, № = 1Е
= 28W°Е, № = 2W

Свойства поясного времени:

1. поясное время в соседних поясах отличается ровно на 1^ч;
2. разница поясного времени в любых двух часовых поясях равна разности их номеров;
3. поясное время любого пояса отличается от гринвичского, т.е. от времени нулевого пояса, на величину номера пояса:

Т_п = Т_гр ± Т^E_W         Т_гр = Т_п ± Т^W_E         (2.6)

Местное время в пределах одного часового пояса теоретически не должно отличаться от поясного Т_п более чем на 30^м, что соответствует ширине пояса в 7°30′.
Однако, на суше границы часовых поясов не всегда совпадают с меридианами, кратными по долготе 7°30′. Они устанавливаются правительством стран и обычно совпадают с государственными, административными или географическими границами. Границы указаны на карте №90080.

Декретное, летнее, стандартное, судовое время.

Многим поясам присвоены свои названия. Так например, время первого восточного часового пояса (№ = 1Е) называют среднеевропейским, второго — восточноевропейским.
Декретное время Т_д — это поясное время, увеличенное на 1^ч. Россия живет по декретному времени. Декретное время принято декретом (законом) правительством (СНК — Светом Народных Комиссаров) СССР в 1931 году с целью экономиии электроэнергии в вечернее время.

Т_д = Т_п + 1^ч

Летнее время — это время принятое в данном государстве на летний период. Летнее время — это поясное (или декретное как в России), увеличенное на 1^ч. В России леттнее время функционирует с ппоследнего воскресенья марта по последнее воскресенье октября. Московское время. Москва располагается во втором восточном поясе, но декретное время в нём — третьего пояса, а летнее — четвертого. Т.е. московское время — это время третьего восточного пояса, когда действует декретное время (зимой) и четвертого пояса — когда действует летнее время, т.е.

Т_мск = Т_гр + 3^ч(4^ч)

Стандартное время — это время официально принятое в данном районе Земли. Это может быть поясное, летнее, декретное, поясное ± 30^м (как например в Индии, Индонезии, Иране, Афганистане, среднем поясе Австралии).
Судовым временем Т_с называется поясное время того часового пояса, по которому поставлены судовые часы. Судовое время обычно отсчитывается с точностью до 1^м.

Линия смены дат.

Особое положение занимает 12 пояс. Он состоит из двух половинок — 12 восточного и 12 западного пояса. Рассмотрим следующий пример:
Т_гр = 6^ч10^м 3 марта 2004 года. Найти поясное время и дату в 12-ом поясе.

Для восточной половинки 12-го пояса

Для западной половинки 12-го пояса

Т.е. поясное время в 12-ом поясе одинаковое, но даты в 12-м восточном и 12-западном разные. Поэтому по 180° проходит линия смены дат(ЛСД). Официальная линия смены дат в некоторых районах Земли отклоняется от меридиана 180° так, чтобы территориальные образования относились к одной дате. При пересечении этой линии дату надо менять.

Правила смены даты. Смену дат производят не в момент пересечения линии даты, а в полночь.

1. При следовании судна восточными курсами (из Азии в Америку) дата в W-ом полушарии на момент пересечения ЛСД на сутки меньше. А в полночь наступает дата, которая уже была в Е-вом полушарии, т.е дату повторяем, например, после 2-го марта следует снова 2-ое марта.
2. При следовании судна западными курсами (из Америки в Азию и Австралию) дата в Е-вом полушарии на момент пересечения ЛСД уже на сутки больше. Но т.к. дату меняем в полночь, то дату изменяем на двое суток вперед, например, с 2-го марта меняем на 4-ое марта, пропуская одни сутки.

Изменение даты записывается в судовой журнал.