Иосиф Полак - Время и календарь

Не совсем одинакова также скорость полёта Земли в разных местах её пути вокруг Солнца. Вследствие этого годичное движение Солнца нам кажется не вполне равномерным. Это видно из такого примера: видимый путь Солнца в течение летнего полугодия в точности равен пути, проходимому в зимнем полугодии (по половине окружности каждый); между тем первую полуокружность Солнце проходит в 186 дней (с 21 марта по 23 сентября), а вторую только в 179 дней (с 23 сентября по 21 марта).

Заметим ещё, что название «тропический год» к географическим тропикам никакого отношения не имеет: длина года на всей Земле одинакова; в тропиках она такая же, как в умеренных и полярных областях.

Теперь понятно, отчего счёт времени по Солнцу оказывается сложнее, чем по звёздному времени: ведь Солнце не стоит относительно звёзд неподвижно, а перемещается по звёздному небу. Предположим, что вчера Солнце и какая-нибудь определённая звезда прошли через небесный меридиан в один и тот же момент (в полдень); сегодня звезда опять вернулась к меридиану, и за это время прошли, таким образом, полные звёздные сутки. Но солнечные сутки ещё не истекли, новый полдень ещё не наступил: Солнце теперь приблизительно на 1/365 часть окружности (т. е. почти на градус) находится восточнее, чем накануне, и должно пройти ещё почти 4 минуты, чтобы оно дошло до меридиана.

Промежуток времени между двумя возвращениями Солнца к меридиану и называется солнечными сутками. Если бы ежедневное опоздание Солнца к меридиану было одно и то же во все дни года, то длина солнечных суток была бы всегда одинакова и солнечное время было бы так же просто, как звёздное. Но движение Солнца, как мы уже говорили, не совсем равномерно и в разные дни года имеет не совсем одинаковое направление. Поэтому длина так называемых истинных солнечных суток (т. е. дня с ночью вместе) в течение года слегка изменяется. Самые длинные истинные сутки бывают, оказывается, в декабре; но они длиннее самых коротких (сентябрьских) всего лишь на 51 секунду.

Понятно, что и остальные единицы истинного солнечного времени — истинные часы, минуты и секунды — в разные дни года имеют разную длину. Если бы мы захотели жить в точности по истинному солнечному времени, то пришлось бы чуть не каждый день менять регулировку часов, постоянно заставлять их то уходить вперёд, то отставать. В общежитии это было бы крайне неудобно, а для науки и техники прямо недопустимо. Поэтому «истинное» солнечное время было заменено так называемым средним солнечным временем, о котором речь будет дальше.

Впрочем, есть старинный прибор, показывающий истинное солнечное время; это — солнечные часы, в которых стрелкой служит тень от неподвижной пластинки или палочки, направленной к полюсу мира (рис. 7). Но эти часы настолько неточны, что в настоящее время они не имеют серьёзного значения.

Рис. 7. Горизонтальные солнечные часы.

Итак, наши часы идут не по истинному Солнцу, которое светит на небе, а по так называемому среднему Солнцу, по воображаемой точке, вроде точки весеннего равноденствия. Это воображаемое солнце совершает годичный оборот по звёздному небу во столько же времени, как настоящее Солнце. Но при этом оно движется по экватору и совершенно равномерно.

Когда наше воображаемое солнце стоит на небе прямо на юге (в кульминации), то считается 12 часов «среднего» солнечного времени. Этот «средний полдень» вообще не совпадает с истинным полднем, который указывается солнечными часами.

Промежуток времени между двумя кульминациями этого среднего Солнца называется средними солнечными сутками; длина его всегда одна и та же, ровно 24 часа. Части, на которые разделены средние солнечные сутки, то-есть часы, минуты и секунды среднего времени, и есть те самые единицы времени, по которым мы живём.

Воображаемое среднее солнце может проходить через меридиан то раньше, то позже истинного Солнца. Поэтому «среднее» время бывает то впереди, то позади «истинного». Разница между истинным и средним временем называется уравнением времени. Она оказывается довольно большой; хотя истинные сутки бывают длиннее или короче средних суток самое большее на 20–30 секунд, но с каждым днём разница накопляется и по истечении месяцев выражается уже минутами.

Уравнение времени в течение года непрерывно изменяется. Четыре раза в год оно обращается в нуль и четыре раза достигает максимума, как видно из следующей таблички (уравнение времени имеет знак +, когда истинное время впереди среднего, и знак —, когда истинное время позади).

Таким образом, Солнце бывает в меридиане большею частью не в 12 часов по среднему времени. Например, в начале ноября Солнце проходит через меридиан приблизительно в 12 часов без четверти, а в начале февраля— в четверть первого. Если бы мы захотели определить среднее солнечное время по солнечным часам, то уравнение времени необходимо было бы принять во внимание. Оно даётся в астрономических календарях на каждый день.

Уравнением времени объясняются два странных явления суточного движения. Возьмём пример из календаря на 1946 год: 7 ноября восход Солнца в Москве показан в 7 часов 18 минут, заход — в 16 часов 9 минут. Значит, от восхода до полудня (то-есть до 12 часов) проходит 4 часа 42 минуты, а от полудня до захода — только 4 часа 9 минут. Как это может быть? Дело в том, что восходит и заходит истинное Солнце, а через меридиан в 12 часов проходит среднее солнце; истинное же Солнце проходит через меридиан в 11 часов 44 минуты. Это будет момент истинного полдня; он и приходится точно посредине дня (если учитывать ещё секунды).

Разберём ещё вопрос: с какого числа день зимой начинает прибывать? Самый короткий день бывает 22 декабря; казалось бы, что с этого числа день и должен начать прибывать; при этом утренняя и вечерняя прибыль должна быть одинакова, то-есть восход Солнца с каждым днём будет наступать всё раньше, а заход на столько же позже. Но в действительности, как это знают многие, «день начинает прибывать с вечера». В Астрономическом календаре на 1946 год для Москвы самый ранний заход показан с 12 по 18 декабря: в течение этой недели Солнце заходит всё в один и тот же час — в 15 часов 25 минут; 19 декабря оно заходит уже в 15 часов 26 минут, 22 — в 15 часов 27 минут и т. д. Таким образом, прибыль дня с вечера начинается за три дня до солнцестояния, когда самый короткий день ещё не наступил. Но эта прибыль только кажущаяся; с утра день всё это время ещё убывает: 19 декабря восход Солнца показан в 8 часов 28 минут, а 21 — в 8 часов 30 минут; словом, на сколько день прибывает с вечера, на столько же он убывает с утра. Если пренебречь секундами, то в течение недели с 18 по 24 декабря дни по календарю имеют одну и ту же длину (всего 6 часов 57 минут), и только 25 декабря прибыль доходит до целой минуты: в этот день восход показан в 8 часов 31 минуту, а заход в 15 часов 29 минут. Но уравнение времени в течение этой недели изменяемся на три минуты: 18 декабря истинный полдень наступает по календарю в 11 часов 56 1/2 минут, а 24 декабря в 11 часов 59 1/2 минут. Это передвижение полдня и сказывается на моментах восхода и захода Солнца. Без него эти моменты в течение недели приходились бы почти в точности на одни и те же часы.