Если день на самом деле длится ровно 23 часа, 56 минут и 4 секунды, как наши часы настраиваются каждый день, чтобы точно отмерять 24 часа? 😊
Ответ состоит в том, что заявленное время не является точным, а наши часы не настраиваются ежедневно. Вопрос противопоставляет звёздные и солнечные сутки.
Сутки Земли можно измерить по-разному.
- Измерить время, необходимое для полного обращения Земли вокруг своей оси.
- Измерить время, необходимое Солнцу, чтобы появиться на том же самом меридиане в небе. Этот интервал известен как солнечные сутки.
- Измерить время, необходимое для появления очень далёкой звезды на том же меридиане неба. Этот интервал известен как звёздные сутки. Этот интервал равен времени, необходимому для полного обращения Земли вокруг своей оси, то есть первому пункту. Почему? Потому что мы измеряем угловую скорость вращения, используя далекие звезды в качестве ориентиров. Эти точки отсчёта — очень далёкие астрономические объекты, называемые квазарами.
Итак, один полный оборот Земли вокруг своей оси занимает 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Звездные сутки также составляют 23 часа 56 минут и 4,1 секунды по определению. Солнечные сутки длиннее звёздных.
Помните, что Земля вращается вокруг своей оси на восток (против часовой стрелки, как можно было бы видеть над Северным полюсом) и одновременно движется вокруг Солнца. Земля движется вокруг Солнца против часовой стрелки, как видно из плоскости эклиптики. Плоскость, на которой все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца (Плутон — исключение), известна как плоскость эклиптики.
Земля сдвигается вокруг Солнца чуть менее чем на один градус за время, необходимое для её одного полного осевого обращения. Таким образом, чтобы Солнце снова появилось на том же самом меридиане в небе после одного полного осевого обращения, Земля должна повернуться на один дополнительный градус, чтобы привести Солнце в тот же самый видимый меридиан на небе. Вот почему солнечные сутки длиннее звёздных примерно на 4 минуты!
Продолжительность солнечного дня изменяется в течение каждого года. Накопленный эффект этих изменений приводит к сезонным отклонениям продолжительностью до 16 минут. Средний солнечный день определяется как 24 часа, но это среднее значение не является точно 24 часами, измеряемыми атомными часами. Поэтому во время периодически вносится поправка — високосная секунда.
Сезонные колебания продолжительности солнечного дня вызваны тем, что орбита Земли вокруг Солнца не является совершенным кругом. Существует также осложнение, связанное с осевым наклоном Земли.
Орбита Земли — это эллипс, поэтому Земля движется быстрее по своей орбите вокруг Солнца, когда она ближе всего к Солнцу (перигелий), и медленнее, когда она дальше всего от Солнца (афелий). Это приводит к изменению разницы во времени между солнечными и звёздными сутками.
Скорость осевого вращения Земли замедляется. На заре жизни, 3.5 миллиардов лет назад, суточное обращение Земли занимало примерно 4 часа! В настоящее время на один полный оборот Земли вокруг своей оси занимает 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Скорость вращения уменьшается из-за гравитационного притяжения Луны. Земля с каждым годом вращается всё медленнее...
Учёные измеряют скорость осевого вращения Земли с помощью метода, называемого Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Измерения VLBI производятся ежедневно международной сетью станций, которые объединяются для проведения наблюдений в одно и то же время и корреляции результатов.
Исследовательский центр NASA Goddard research center обеспечивает необходимую координацию этих измерений, а также обработку и архивирование собранных данных. NASA помогает руководить разработкой следующего поколения системы VLBI через так называемый Space Geodesy Project.
Осевое вращение Земли замедляется из-за приливных сил (гравитационного притяжения) между Землёй и Луной. Каждые 100 лет звёздный день удлиняется примерно на 1,4 миллисекунды.
В прошлом время измерялось с помощью вращения Земли. С помощью атомных часов мы узнали, что продолжительность суток меняется. Чтобы учесть это, в 1972 году International Telecommunications Union принял «високосные секунды». Такая секунда добавляется всякий раз, когда вращение Земли выходит из синхронизации по сравнению с международным отсчётом времени, измеренным с помощью атомных часов.
Правительство поддерживает атомные часы и периодически корректирует наши цифровые часы (сотовые телефоны, телевизионные станции и так далее по всему миру) високосной секундой. Високосные секунды всегда добавляются в полночь по всемирному координированному времени (UTC). Последняя високосная секунда была добавлена 31 декабря 2016 года в 23:59:60 UTC.
Так что держите свой мобильный телефон включённым, а время синхронизированным с вашим часовым поясом, и вы не должны никуда опоздать! 😊
По материалам публикации (англ.).
