Главные единицы измерения времени: сутки, месяц, год. Астрономические основы календаря Что называют месяцем

Люди очень рано начали использовать астрономические явления для измерения времени. Намного позднее они поняли, что основные единицы такого измерения не могут быть установлены произвольно, так как зависят от определенных астрономических закономерностей.

Одной из первых единиц измерения времени, естественно, были сутки, т. е. то время, в течение которого Солнце, появившись на небосклоне, "обходит" Землю и вновь появляется в первоначальной -точке. Деление суток на две части -- дневную и ночную облегчало фиксацию этого отрезка времени. У разных народов время смены суток связывалось со сменой дня и ночи. Русское слово "сутки" происходит от древнего "сутыкать", т. е. соединять две частив целое, в данном случае соединять ночь и день, свет и тьму. В древности началом суток часто считался восход Солнца (культ Солнца), у мусульман-- заход Солнца (культ Луны), в наше время наиболее распространенной границей между сутками служит полночь, т. е. время, условно соответствующее нижней кульминации Солнца на данной территории.

Вращение Земли вокруг своей оси происходит равномерно, однако целый ряд причин затрудняют выбор критерия для точного определения суток. Поэтому существуют понятия: звездные сутки, истинные солнечные и средние солнечные сутки.

Звездные сутки определяются промежутком времени между двумя последовательными верхними кульминациями одной звезды. Их величина служит эталоном для измерения так называемого звездного времени, имеются соответственно и производные звездных суток (часы, минуты, секунды) и специальные звездные часы, без которых не обходится ни одна обсерватория в мире. Астрономии необходимо учитывать звездное время.

Обычный распорядок жизни тесно связан с другими, солнечными сутками, с солнечным временем. Солнечные сутки измеряются отрезком времени между последовательными верхними кульминациями Солнца. Продолжительность солнечных суток превышает звездные в среднем на 4 минуть Кроме того, солнечные сутки из-за неравномерности движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца имеют переменную величину. Пользоваться ими в быту неудобно. Поэтому за эталон приняты абстрактные средние солнечные сутки, определяемые расчетным равномерным движением воображаемой точки ("среднего Солнца") по небесному экватору вокруг Земли со средней скоростью движения истинного Солнца по эклиптике.

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями такого "среднего Солнца" называется средними солнечными сутками.

Все часы в повседневной жизни отрегулированы по среднему времени, среднее время лежит и в основе современных календарей. Среднее солнечное время, отсчитываемое от полуночи, называется гражданским временем.

В результате наклона эклиптики по отношению к плоскости небесного экватора и наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости Земной орбиты продолжительность дня и ночи в течение года меняется. Только в период весеннего и осеннего равноденствий на всем земном шаре день равен ночи. В остальное время высота кульминаций Солнца ежедневно меняется, достигая для северного полушария максимума в период летнего солнцестояния и минимума в период зимнего солнцестояния.

Средние солнечные сутки, так же как и звездные, делятся на 24 часа, в каждом из которых по 60 минут, в минутах 60 секунд.

Более дробное деление суток впервые возникло в Древнем Вавилоне и основано на шестидесятиричной системе счетаВолодомонов Н. Календарь: прошлое, настоящее, будущее. Стр. 88.

Поскольку сутки -- сравнительно короткий промежуток времени, постепенно вырабатывались более крупные единицы его измерения. На первых порах счет велся с помощью пальцев. В результате этого появились такие единицы измерения времени, как десятидневки (декады) и двадцатидневки. Позднее утвердился счет, основанный на астрономических явлениях. За единицу измерения времени был принят промежуток между двумя одинаковыми фазами Луны. Так как легче всего было заметить появление после безлунных ночей узкого лунного серпа, этот момент было принято считать за начало нового месяца. Греки называли его неоменией, т. е. новолунием. Сутки, в течение которых наблюдался первый заход молодой Луны, считались началом календарного месяца у народов, ведущих счет по лунному календарю. Для хронологических расчетов важен промежуток времени, отделяющий истинное новолуние от неомении. В среднем он равен 36 часам.

Средняя продолжительность синодического месяца равна 29 дням, 12 часам, 44 минутам и 3 секундам. В практике построения календарей использовалась продолжительность в 29,5 суток, а набегавшая разница устранялась специальным введением дополнительных дней.

Месяцы солнечного календаря не связаны с фазами Луны, поэтому их продолжительность была произвольной (от 22 до 40 суток), но в среднем была близка (30--31 сутки) к продолжительности синодического месяца. Это обстоятельство до некоторой степени способствовало сохранению счета суток неделями. Семидневный отрезок времени (неделя) возник не только из-за почитания семерки богов, соответствовавших семи блуждающим небесным телам, но и потому, что семь суток составляли приблизительно четвертую часть лунного месяца.

Принятое в большинстве календарей количество месяцев в году (двенадцать) связано с двенадцатью зодиакальными созвездиями эклиптики. В названиях месяцев часто прослеживается их связь с определенными временами года, с более крупными единицами времени -- сезонами.

Третья основная единица измерения времени (год) была менее ощутима, особенно в землях, лежащих ближе к экватору, где нет большой разницы между сезонами. Величина солнечного года, т. е. промежутка времени, за которое Земля совершает оборот вокруг Солнца, была с достаточной точностью рассчитана в Древнем Египте, где сезонные изменения природы имели исключительное значение в хозяйственной жизни страны. "Необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала египетскую астрономию".

Постепенно была определена величина так называемого тропического года, т. е. промежутка времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Для современных расчетов используется продолжительность года в 365 суток, 5 часов, 48 минут и 46 секунд.

В некоторых календарях счет лет идет по лунным годам, связанным с определенным количеством лунных месяцев и не имеющим отношения к тропическому году.

В современной практике широко применяется деление года не только на месяцы, но и на полугодия (6 месяцев) и кварталы (3 месяца).

Казалось бы, понятие месяца знакомо всем, однако не многие люди способны ответить на вопрос, что такое месяц. Рассмотрим понятие месяца как единицу измерения времени.

Что называют месяцем

Под месяцем подразумевается полный оборот луны вокруг Земли. Считается, что эта единица измерения возникла много тысяч лет назад, еще задолго до рождества Иисуса Христа. В астрономии существует несколько видов месяцев.

Первый месяц - синодический. Он представляет собой промежуток времени между одинаковыми фазами Луны, составляет приблизительно 29,5 суток.
Так называемый звездный месяц также является промежутком времени, в который входит полный оборот Луны вокруг Земли при видимом перемещении луны на небесной сфере. Продолжительность звездного месяца достигает 27 суток.
В тропическом месяце период оборота Луны вокруг Земли отсчитывается по долготе. Из-за особенности земной оси тропический месяц короче, чем звездный. Данная особенность называется прецессией земной оси. Тропический месяц составляет также приблизительно 27 суток.

Что такое календарный месяц

Под календарным месяцем понимается промежуток времени с первого числа по последнее число конкретного месяца. Отметим, что календарный месяц зачастую не имеет отношения к астрономическим месяцам, однако его происхождение напрямую связано с астрономическими наблюдениями. В частности, современные календарные месяцы произошли из лунных и солнечно-лунных календарей, которые активно используются в индуизме, китайских календарях, у мусульман и евреев. В этих календарях число дней в месяце колеблется от 29 до 30.

История календаря

Однако родоначальником календарных месяцев традиционно принято считать Юлия Цезаря. До него древние римляне тоже использовали свой календарь, однако изначально месяцев в нем было не 12, а 10. Названиями месяцев были числительные. Затем названия месяцев изменили на имена богов, например, январь был назван так в честь двуликого бога Януса, февраль - в честь бога подземного царства Фебруса.

Во многом древнеримский календарь определяли суеверия. Изначально он состоял из 304 дней, но римляне стремились подогнать его под древнегреческий календарь, в котором состояло 354 дня. Однако четные числа считались у римлян несчастливыми, поэтому к календарю нужно было добавить еще один день, таким образом, календарь стал 12-месячным. Однако в обращении он был крайне неудобен, по нему было трудно предсказать погодные явления, а, следовательно, и подготовку к урожаю.

Как был придуман Юлианский календарь

В связи с этим римский государственный деятель Юлий Цезарь предпринял попытку осуществить реформу календаря. Побывав в Египте, он посчитал, что египетский календарь намного лучше римского. После своего визита в Египет он поручил астрономам модифицировать римский календарь. Процессом создания юлианского календаря руководил астроном Созиген, однако римский сенат, прежде всего, благодарил за создание нового календаря именно Юлия Цезаря. В честь него был даже назван месяц июль.

Совершенствование календаря

Отметим, что юлианский календарь совершенствовался длительное время. Изначально в данном календаре не было чисел, дни распределялись по нонам, календам и канунам. Очевидно, что такая система исчисления месяцев была очень трудна для понимания. Она порождала массу споров, особенно в военных делах. Например, чтобы сказать дату 15-го июля говорили «17 день от июльских календ», 9 мая называлось «7 день от майских ид». Конечно же, многих это запутывало и даже летописцы порой не могли объяснить значение понятий. А в военном деле важно было действовать быстро и уметь планировать тактику как можно лучше. Поэтому о сохранении такой системы не могло быть и речи. И поскольку Юлий Цезарь был полководцем, пользующимся большим уважением сената, он сумел провести и другие реформы календаря, которые успешно прижились и у гражданского населения, и у военных.

Таким образом, юлианский календарь претерпел серьезные изменения, однако общие его черты сохранились, и по сей день множество стран использует его. При этом следует отметить, что юлианский календарь не является точным. Он отстает от тропического года на 11 минут 14 секунд, с точки зрения летоисчисления это 128 лет на одни сутки. Однако главное его преимущество перед другими календарями - это простота в обращении.

Если вы не поняли, почему в году насчитывается 12 месяцев, советуем ознакомиться со статьей .

Все люди, интересующиеся астрономией, знают, что слово "сутки" имеет много разных значений. Например, звёздные сутки, солнечные сутки. Но в последнее время возникли многие новые понятия, для которых используется то же самое слово. В этой статье мы дадим более точные определения.

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.:

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 23 h 56 m 04.0905308 s . 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 23 h 56 m 04.0989036 s , 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, http://www.iers.org/).

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.

Рис. 1. Отличие периода вращения Земли от 86400 с СИ, в миллисекундах. Данные до начала 20 в. не очень надёжны, но тенденция к увеличению продолжительности суток видна отчётливо.

1. Сутки как единица времени

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).

2. Сутки как период вращения Земли вокруг оси

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

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.

Арифметические подсчеты, необходимые для определения количества часов, складывающихся в год, не отличаются сложностью.

Расчет количества часов

Количественные соотношения единиц измерения времени кому-то могут показаться не вполне удобными, поскольку они не кратны десяти. Объясняется это тем, что цивилизация унаследовала их от Древнего Вавилона, где существовала не десятичная система счисления, привычная современному человеку, а двенадцатеричная, поэтому соотношения единиц времени кратны 12. Не является исключением и количество часов – 24.

Чтобы получить количество часов в году, надо всего лишь умножить 24 на количество суток, составляющих год. В григорианском календаре, по которому живет современная цивилизация, чередуют невисокосные годы и високосные. В первом случае год содержит 365 суток, а во втором – 366. Умножение этих числе на 24 дает соответственно 8760 и 8784.

Итак, в високосном году 8784 часа, а в невисокосном – 8760. Если у кого-либо возникнет желание отпраздновать 10 000 часовой юбилей какого-либо события, нужно отсчитать от его даты один год и прибавить 51 день, если год невисокосный, или 50 суток, если високосный. Для уточнения следовало бы прибавить еще несколько часов, но вряд ли кто-то будет стремиться к абсолютной точности.

Год с точки зрения астрономии

Установленная по календарю продолжительность года в определенной степени условна. Человеку удобно начинать новый год вместе с новыми сутками. В действительности же период обращения Земли вокруг Солнца, который и считается годом, с земными сутками не совпадает.

С точки зрения наблюдателя, находящегося на Земле, началу и завершению оборота Земли вокруг Солнца соответствует день весеннего равноденствия. Астрономы называют этот период тропическим годом. За это время долгота, на которой можно наблюдать Солнце, увеличивается на 360 градусов, проходя полную окружность.

Тропический год, который принимают во внимание астрономы, несколько длиннее календарного. Именно поэтому в календарь пришлось ввести високосные годы. Продолжительность его равна 365 суткам 5 часам 48 минутам и 46 секундам. Следовательно, к полученным ранее 8784 часам необходимо прибавить еще 5 часов и почти 49 минут. В этом случае продолжительность астрономического года оказывается равной приблизительно 8789 часам 49

Возможно, будет полезно почитать: