§ 6. Истинное солнечное и среднее солнечное (гражданское) время. Уравнение времени

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными (верхними или нижними) — кульминациями центра солнечного диска называется истинными солнечными сутками. Пользоваться этой, единицей времени неудобно по двум причинам. Видимое движение Солнца происходит не по небесному экватору, а по эклиптике, наклоненной к нему на 23°27′, и это движение неравномерно, так как орбита Земли имеет эллиптическую форму, из-за чего скорость ее движения в разное время года неодинакова. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток ото дня ко дню несколько меняется.

В практической жизни (в науке, технике и производстве) за основную единицу измерения времени принимают средние солнечные сутки.

При установлении продолжительности средних солнечных суток вместо центра истинного Солнца пользуются точкой, которая равномерно перемещается по небесному экватору, совершая полный оборот в течение года. Такую воображаемую точку называют средним солнцем. За средние солнечные сутки принимают промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего солнца; их длина всегда одинакова и равна 24 средним часам, составляя приблизительно 1/365,24 часть года. Солнце — одна из самых обычных звезд, составляющих нашу Галактику. Ее отличие от всех остальных звезд состоит в том, что она измеримо ближе к нам. Поэтому из-за движения Земли за одни сутки Солнце смещается на фоне остальных, «неподвижных» звезд, и Земле нужно еще довернуться, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Вследствие этого средние солнечные сутки длиннее звездных на 3 минуты 56 секунд!(звезда возвращается на тот же меридиан раньше Солнца). Так же, как и в звездных сутках, каждый час средних солнечных суток делится на 60 минут, а минута — на 60 секунд.

До 1956 г. значение секунды принималось равным 1:86 400 части средних солнечных суток, определяемых по вращению Земли вокруг своей оси. Для более точного определения секунды в 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила рекомендованную IX конгрессом MAC в 1955 г. ее значение как 1:315 569 25,9747 часть тропического года, каким он был на начало 1900 г. Такая секунда была названа эфемеридной; она определяется с погрешностью до (2–5) · 10^-9. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминаций среднего солнца. Такой счет времени называют гражданским временем.

В СССР гражданским временем в народном хозяйстве пользуются с 1919 г., а в астрономии — с 1925 г. Часы, которыми мы пользуемся, отрегулированы не по истинному, а по среднему солнечному времени. Так как скорость среднего солнца одинакова и через меридиан оно проходит раньше или позднее истинного Солнца, то, следовательно, средние сутки могут наступать раньше или позже истинных.

Рис. 4. График уравнения времени

Разница между истинным и средним солнечным временем η называется уравнением времени. Следовательно, в любой момент среднее солнечное время T_m равно истинному солнечному времени T_o плюс уравнение времени η [14], т. е.

T_m = T_o + η,

где η имеет положительное значение, когда истинное Солнце находится на эклиптике впереди среднего, и отрицательное — когда среднее солнце находится впереди истинного. (Знаком Θ в астрономии обозначается Солнце.)

На рис. 4 приведен график изменения уравнения времени в течение года через полмесяца. Уравнение времени бывает равно нулю около 15 апреля, 14 июня, 31 августа и 25 декабря, когда истинное солнечное время почти совпадает со средним солнечным; в эти дни часы, установленные по среднему солнечному времени, будут показывать в полдень 12 часов. Наибольшее (по абсолютной величине) отрицательное значение уравнения времени (см. рис. 4), η = — 16,5 минуты, бывает около 4 ноября, а наибольшее положительное, η = + 14,3 минуты, — 12 февраля.