Как работает время на других планетах?

Все приведенные выше ответы великолепны, и все они основаны на точной науке. Да, пересчет времени из «здесь» в «там» может быть утомительным и, к сожалению, скучным.

Однако вы разрабатываете игру, и поэтому точная наука на самом деле не должна применяться, пока все еще существуют некоторые «правила» того, как течет время. Пока что самой крутой идеей, которую я когда-либо видел по этому поводу, была научно-фантастическая история, в которой время текло по-разному в разных частях планеты. Например, если вы пойдете на север от экватора, то время ускорится, а если вы пойдете на юг, то оно замедлится.

Если бы я разрабатывал игру, в которой время является сущностью, то я бы исследовал подобные ситуации, а не беспокоил себя (и игроков) скучными вопросами о том, как пересчитать дневное время Марса в дневное время Земли.

Некоторые основы:

Каждая планета, луна или астероид имеют свой период вращения вокруг определенной оси. В очень хорошем приближении период постоянен (но не точно). Таким образом, у каждого небесного тела есть своя длина дня.

Все планеты и астероиды имеют разные периоды обращения вокруг Солнца. Такие разные годы.

Все наиболее известные регулярные спутники планет приливно-заперты . Таким образом, длина дня Луны равна периоду ее обращения вокруг родительской планеты.

(Здесь и далее я предполагаю, что все орбиты круговые. Для большинства планет и обычных лун это хорошее приближение, но даже в этих случаях есть некоторые тонкие эффекты эллиптичности, которые я не буду обсуждать в этом посте.)

Итак, отсюда - основными единицами времени для планет, лун и астероидов являются продолжительность суток (солнечные сутки, или синодические сутки - между двумя полуднями) и продолжительность года. Другие единицы - часы, минуты - искусственные, это наше изобретение.

Продолжительность дня и фаза дня определяют текущие условия в данной точке поверхности на планете. Полдень светлый и теплый, ночь темная и холодная, если упростить.

Фаза года (аналог лета, осени, зимы) может иметь значение, если планета имеет наклон орбиты (угол вращения не перпендикулярен направлению орбиты вокруг Солнца). Большинство планет имеют некоторый наклон, поэтому у них есть времена года (холодная зима для верхнего полушария, теплое лето для нижнего и наоборот, смена каждые полгода). Также из-за наклона в полярных регионах будут периоды полярной ночи и полярного дня. Уран (со спутниками) является ярким примером: из-за его наклона и продолжительности года полярные ночи длятся десятилетиями.

На Земле мы определяем меридианы. Исторически гринвичский меридиан «победил», поэтому теперь мы используем полдень по Гринвичу в качестве точки отсчета для измерения времени (упрощение, на самом деле это несколько сложнее). То же самое делают астрономы и для других небесных тел. В качестве нулевого меридиана выбирается какая-нибудь выдающаяся (легко идентифицируемая) топографическая точка. Ну, для газообразных планет это невозможно, но и эти звери не вращаются как единое целое, их вращение дифференциально...

О синхронизации времени между двумя небесными телами - проводится двумя техниками. Сначала вы можете запустить космический корабль с небесного тела А на тело Б, которое несет точные часы. В настоящее время используются атомные часы. Второй способ — двусторонняя радиосвязь (или лазерная). Сигнал с текущей отметкой времени отправляется из точки А в точку В, а затем немедленно ретранслируется обратно с отметкой времени в точке В. Скорость света в вакууме известна с высокой точностью. Таким образом, часы в B в A могут быть синхронизированы с B.

PS Конечно, если во вселенной игры есть разные цивилизации/культуры на разных планетах - у них могут быть свои единицы измерения времени. Я думаю, что астрономические единицы времени будут основаны на местной продолжительности дня в году, потому что это практично.

Может быть задействован и период обращения Луны, но в нашем нынешнем григорианском календаре месяцы не равны периоду обращения Луны, теперь месяцам присваивается целое число месяцев в году.

Если у планеты больше одной луны - это интересная тема. Если луны имеют пропорциональные периоды, эти пропорции также могут быть единицами времени. Самый яркий пример - три спутника Юпитера (Ио, Европа и Ганимед). Их периоды пропорциональны как 1:2:4 соответственно. Таким образом, каждое наименьшее общее кратное периодов их положения, наблюдаемого с планеты, точно повторяется. И это не единственный пример в нашей Солнечной системе.

В случае, если периоды лун не пропорциональны - будут происходить "парады лун", подобные "парадам планет", которые мы наблюдаем с Земли, но не регулярно.

Кроме того, не все единицы времени основаны на астрономии. Например, неделя — это всего лишь регулирование цикла работы и отдыха. (Хотя, возможно, на 7-дневную неделю повлиял 28-дневный лунный месяц).

В настоящее время UTC является основой для времени, которое используется во всей Солнечной системе (правда: не в науке, однако). Вы не только могли бы, но и должны были бы иметь универсальное время в будущей вселенной. Это хорошее предположение, что в любом реалистичном будущем будут компьютеры, и они полагаются на универсальное время для хранения событий на стороне сервера.

Нет веских причин для того, чтобы официальная дата-время соответствовала солнечному излучению или климатическим характеристикам на стороне конечного пользователя. По всей планете они уже не знают - знание того, что сейчас 6 часов вечера в середине мая, имеет совершенно разные последствия в Стокгольме, Сингапуре, Каире, Аделаиде и на станции Мак-Мердо.

Конечно, это зависит от того, насколько взаимосвязан ваш мир. Расстояния в разумно пригодной для использования зоне Солнечной системы довольно короткие — электронная почта с Земли на Марс будет занимать от 3 до 22 минут, поэтому наиболее реалистичным результатом будет установка всех неземных планет на свои официальные часы по какому-то земному часовому поясу. Скорее всего, это будет UTC, но в альтернативном будущем это может быть доминирующий часовой пояс самой важной в культурном и экономическом отношении страны.

Как и в случае с часовыми поясами, не совсем соответствующими образцам инсоляции, частично это уже так. При делении часовых поясов страны учитывают не только географию, но и плотность населения. Некоторые малонаселенные районы объединяются в общие часовые пояса, в то время как районы, близкие к столичному часовому поясу, часто для удобства устанавливают часы на него.

В будущем с одной звездой Земля будет доминировать по населению и экономическому значению, поэтому знание того, открыта ли Нью-Йоркская фондовая биржа или пришло ли время для «Вечернего шоу», вероятно, будет иметь большее значение, чем дневной свет на Марсе… больше людей на самом Марсе.

На других планетах не будет таких же сезонных и дневных и ночных моделей, как на Земле, поэтому попытка найти на Титане эквиваленты января и июня будет бессмысленной затеей. Так что, скорее всего, время будет земным, а локальная освещенность и сезонные циклы будут отслеживаться отдельно, как мы относимся к метеотрансляциям. Эти циклы могут быть вашим местным временем.

Настоящая проблема определения начинается, когда вы входите в звездные системы, которые движутся с релятивистской скоростью относительно друг друга, а это означает, что часы не могут быть синхронизированы без использования разных единиц времени. Местное время и земное время будут меняться по-разному в одном и том же промежутке местного времени. Спутники GPS уже должны корректировать это, но у них есть только одна простая задача, а не целая инфраструктура.

В настоящее время не существует согласованной структуры для управления релятивистским временем во Вселенной (редактировать: но в Солнечной системе она есть). Аппаратная секунда должна быть локальной секундой, чтобы поддерживать совместимость генераторов тактовых импульсов, но управление ею, не являющейся секундой в домашнем мире, потребует большой умственной корректировки. Это серьезно усложняется, когда две колонии в разных системах отсчета пытаются договориться между собой и Землей. По всей вероятности, концепция линейного времени окажется неприменимой для межзвездной связи; временные метки должны будут стать 4-мерными.

Что касается «Есть ли способ узнать, сколько времени на другой планете?», Вы, конечно, можете отслеживать местное время в определенном месте на другой планете. Подобно тому, как в отделе новостей могут быть часы для Нью-Йорка, Лондона и Токио, вы можете добавить еще часы для Марс-Сити. Эти часы должны идти немного медленнее, чем земные, поскольку марсианский день составляет 24 часа 37 минут, поэтому стрелкам требуется больше времени, чтобы совершить один оборот.

Обратите внимание, что, поскольку продолжительность дня на Земле и Марсе не является простым целым числом, соотношение между временем в Нью-Йорке и Марс-Сити будет постоянно дрейфовать во времени и иметь очень длинный цикл, прежде чем повториться. Однажды местный полдень в Нью-Йорке и Марс-Сити может совпасть, но через неделю местный полдень Марс-Сити наступит в 16:31 по нью-йоркскому времени. Таким образом, преобразование времени между Нью-Йорком и Марс-Сити не так просто, как преобразование между часовыми поясами — на Земле, если я знаю, сколько времени в Нью-Йорке, я могу сказать вам, сколько времени в Лондоне, поскольку эта связь зафиксированный. Это не относится к Марс-сити, так как эти отношения будут меняться каждый день - учитывая только время в Нью-Йорке, я не могу сказать вам, сколько времени в Марс-сити. То же самое относится и к календарю вместо часов. Марсианский год равен 1,88 земного года,

Можно было бы иметь универсальные часы и календарь, но они должны быть отделены от обычных небесных моделей, которые мы связываем с суточными и годовыми циклами в большинстве мест. Мы могли бы заставить Марс-Сити использовать 24-часовые часы, как в Нью-Йорке, что позволило бы упростить синхронизацию времени между планетами, но время не имело бы такого значения для повседневной жизни марсианских граждан. Однажды в 12 часов дня солнце будет прямо над головой, а через несколько недель 12 часов дня наступит глубокой ночью. Такие часы не были бы очень полезны для людей, чувствительных к циркадным ритмам, но они могли бы иметь применение в коммуникациях, чтобы избежать необходимости конвертировать время, что потребует знания и времени, и даты.

Все остальные дали очень проницательные ответы. Позвольте мне дать более прямой,

Я думаю, это будет работать как часовые пояса

[...] как UTC, но для планет

На Земле мы выражаем моменты местного времени по отношению к UTC как смещения. Например, сейчас я нахожусь в восточном летнем времени, которое имеет смещение -04:00. Итак, моя временная метка 2020-05-21 14:11:00-04:00. Чтобы преобразовать в UTC, вы просто делаете смещение, противоположное смещению, поэтому добавляете 4 часа. 2020-05-21 18:11:00Z. Это работает везде на Земле, потому что мы все на одной планете.

Марсианский день равен 1 земному дню и 37 минутам. Из-за этого на самом деле нет способа с помощью простого смещения, такого как наши часовые пояса, выразить разницу между марсианским местным временем и UTC. То же самое и с годами, они разной длины, 687 дней. (Я округляю и игнорирую високосные годы.) Чтобы преобразовать марсианское местное время в UTC, вам нужно знать, сколько длятся марсианские дни (1477 минут), сколько длится марсианский год (687 дней), но это не так. достаточно. Вам понадобится какой-то момент времени, когда будет известно местное время всех планет. Эпоха. Перейдем к UTC 0000-01-01 00:00:00Z. Давайте просто представим, что марсианская дата — 1 июня, а время — полдень. Поэтому нам нужно знать что-то вроде +06-01 12:00:00. А ты'

Таким образом, марсианская временная метка может выглядеть примерно так 2020-11-22 00:11:00 +06-01 12:00:00, но это всего лишь преобразование своего рода «GMT» для Марса в наше время. Если хотите, можете указать другое смещение. Но это усложняется. Но это неправильно, потому что я не включил множитель. Я понятия не имею, как это кратко указать.

В общем, вам нужно подумать о том, для чего будет использоваться время. В нашем мире синхронизация времени не была серьезной проблемой, пока не были построены железные дороги. Точно так же, может быть, этим нужно заниматься только космопортам и межпланетным коммуникациям.

Возможно, вам будет полезно ознакомиться с историей человеческого хронометрирования и различными проблемами, для решения которых оно было разработано.

Первая и самая очевидная единица времени — это сутки. Эволюция изобрела циркадный ритм, чтобы изменить наше биологическое поведение в зависимости от цикла день/ночь, включая период ночного сна. Мелатонин является гормоном сна человека, и его выработка подавляется видимым присутствием небесно-голубого света с длиной волны 400 нм, это заложено в нашу биологию эволюцией.

Экзопланета также может иметь очень короткий день, скажем, менее часа, или это может быть луна с месячным циклом дня и ночи. Если ваша планета заблокирована приливами, то у вас может не быть цикла дня и ночи, или у вас может быть полярный регион, в котором бывают сезонные «дни», когда солнце не восходит и не заходит в течение 6 месяцев.

Был эксперимент, в котором людей держали в пещере без доступа к часам или солнечному свету. Со временем люди приспособились к 36-часовому графику сна и бодрствования.

В тюремной среде вы бы просто начали отсчитывать циклы день-ночь с наиболее значительного события в истории вашего окружения: например, с первого прибытия или крупного изменения в социальной структуре. Большинство календарей отсчитывают от рождения пророка/лидера-основателя.

Не все языки умеют считать, и языковые рамки могут ограничиваться: раз, два, три, много.

Следующей эволюцией во времени является распознавание других сезонных закономерностей, таких как луна, времена года и год. Лунный календарь не требует никаких технологий для отслеживания, но он не синхронизируется точно с годовым циклом (12,37 лун в году).

Потребовалось немало попыток, чтобы получить правильное измерение года. Римско-юлианский календарь временами имел длину 304, 355, 365, 377 дней и от 10 до 12 месяцев. Обычный исторический шаблон проектирования заключается в том, что календарь заметно рассинхронизировался с временами года, затем календарь был исправлен високосными месяцами, изобретены новые месяцы или случайные изменения дизайна для настройки количества дней в году. Для измерения года требуется, чтобы статистики измеряли времена года (например, первое весеннее цветение). Мы по-прежнему добавляем високосные дни и високосные секунды.

Год важен в основном для измерения сезонов, от которых зависит наше выживание благодаря сельскому хозяйству. Важно знать, когда сажать и когда собирать урожай.

Фестивали часто проводятся, чтобы отметить переход между сезонами и изменение культурных правил / ожиданий. В Древней Греции Олимпийские игры проводились каждые четыре года и отмечали период, в течение которого нельзя было вести войну. Другие фестивали отмечают дни, когда вспоминают исторические события или времена, когда можно практиковать исключения из обычных социальных правил (Венецианский бал-маскарад или 29 февраля, когда женщина может сделать предложение мужчине).

Для заблокированной приливами планеты без времен года солнце всегда в полдень, и год может быть довольно бессмысленным понятием.

Первые часы были изобретены для того, чтобы у монахов был будильник для утренней молитвы. До этого были либо солнечные часы (исходя из относительного положения солнца), либо песочные часы (что несколько неточно). Поиск еще более точных часов оказался решением для морской навигации, а затем и GPS.

Современный физический метод атомных часов заключается в измерении постоянной частоты колебаний атомов цезия. Программные сложности описания високосных секунд в настоящее время ведут к тенденции к абсолютному атомному времени с более широким признанием того, что солнечные сутки могут отставать от синхронизации на несколько секунд с атомным временем.

Часовые пояса стали действительно необходимы только после изобретения телеграфа и телефона. Это клюв солнечных часов, которые занимают общее положение полуденного солнца. Требование синхронизировать часы, даже при злоупотреблении солнечными днями. Некоторые экстремальные часовые пояса (например, Западный Китай) могут отставать от солнечного дня на 2+ часа. Здесь часовой пояс почти наложен завоеванием.

Инопланетная цивилизация может быть вынуждена жить под навязанными часами или часовым поясом. В противном случае для колонии на Марсе они бы использовали два разных часа и календаря: марсианское время и земное время. Различные задачи и события будут согласованы с каждым календарем, поэтому некоторые обитатели Марса могут по-прежнему выбирать график сна по земным часам.

Марсианский день (называемый «соль») примерно на 40 минут длиннее, чем день на Земле. Это приводит к интересным проблемам с синхронизацией, эквивалентным задержке часовых поясов, возникающей на торговом судне, путешествующем в одном часовом поясе каждый день.

Человеческое тело также может быть обучено альтернативным циклам сна, таким как Убермен, который использует 6 х 20-минутных снов в течение дня без более 6 часов глубокого сна. Это иногда используется яхтсменами-одиночками, которым необходимо постоянно нести вахту.

Для чужой планеты задайте следующие вопросы:

• Каковы легко наблюдаемые повторяющиеся природные явления в окружающей среде?
• Существуют ли какие-либо важные сезонные тенденции в окружающей среде?
• Как меняется поведение в разные периоды времени?
• Какие технологии доступны для измерения времени?
• Каковы основные исторические события в вашей цивилизации?

Это далеко. Но с ненаучной точки зрения это мое меньше двух центов.

За исключением дней, солнечных/лунных лет и времен года, время — это искусственная конструкция. Общества стандартизировали наши представления о времени. Господствующее общество вынудило, убедило, скоординировало, пошло на компромисс или вынудило другие оставшиеся общества принять универсальные условности времени. Продолжительность секунды не имеет никакого научного основания, кроме тех, которые мы ей приписали задним числом. Следовательно, ваша проблема социологическая, а не научная.

Дело в точке. Было много разных моментов, которые отмечают начало земного года в зависимости от каждого общества. Теперь мы обычно исключаем универсальный Новый год со стандартной системой нумерации годов. Даже начало дня произвольно основано на времени на линии на земном шаре, проходящей через (относительно) произвольный город на Земле. Пилотам (особенно международным) приходится с этим сталкиваться. Авиационные часы основаны на 24-часовом формате UTC. Не обязательно, когда взойдет солнце.

Итак, возвращаясь к вашей проблеме. Любой человек в любом обществе на любой планете, на которой основана ваша игра или книга, должен будет соответствовать временным условностям доминирующего общества. Даже если доминирующее общество не основано на этой конкретной планете. Если общество принадлежало к сотрудничающему альянсу, они могут совместно использовать скоординированную схему времени в интересах альянса, сохраняя при этом внутреннее использование своих собственных планетарных стандартов времени.

Чтобы координировать время на планетах, вы должны измерять приращения времени с помощью чего-то, что не меняется независимо от того, где оно измеряется. На ум приходят вибрации определенного атома или элемента. Хитрость будет заключаться в том, чтобы скоординировать одновременное начало, когда начинается соглашение о времени. Когда наступает нулевой час (0-й год, 0-й день, 00:00:00.00). Он может даже иметь обратную силу в произвольный момент времени до формирования альянса.

Дистилляция/сжатие времени/что угодно из-за релятивистских эффектов таких вещей, как гравитация, будет другим шариком воска. Вы должны будете иметь инструмент измерения, на который не влияют эффекты. Или вам нужно будет иметь способ настроить измерение времени, чтобы все часы были скоординированы. На ум приходят часы вне диапазона эффектов или сигнал связи, который транслирует время всем гражданам и часам.

«Истинное» (или «кажущееся») время определяется местной высотой солнца (= возвышение) и азимутом (= азимут); контрольными точками являются восход, полдень/транзит и закат относительно местного меридиана. Но альт/аз Солнца из этих 3-х моментов меняются день ото дня, так что определяется и "среднее время".

Как меняется альт/азимут пути Солнца по месяцам:

Разница между истинным и средним временем рождает кривую аналеммы (высота против азимута или склонение против времени) и уравнение времени (время против времени).

Аналемма как склонение в зависимости от времени (планетоцентрические координаты):

Аналемма как высота относительно азимута (топоцентрические координаты):

Эволюция аналеммы в течение дня:

Чтобы узнать местное планетарное время, вам нужно знать эклиптическую долготу Солнца (Ls) и статус вращения нулевого меридиана планеты: когда они совпадают, это то, что мы могли бы назвать «опорный полдень планеты».