Как сутки могут длиться ровно 24 часа? [закрыто]

Самый длинный солнечный день в году составляет примерно 24 часа 0 минут 30 секунд (происходит с середины до конца декабря), а самый короткий солнечный день в году составляет примерно 23 часа 59 минут 38 секунд. Если я усредню их оба, я получу средний солнечный день в 24 часа + 4 секунды. Почему же тогда сказано, что именно 24 часа 0 минут 0 секунд??

Не будет ли использование 24-часового солнечного дня в качестве определения дня вызывать смещение на 4 секунды каждый солнечный год?

Связанный: «Високосная секунда» , Википедия.
Также посетите сайт jumpsecond.com , где можно найти множество статей об хронометрии, особенно статьи Стива Аллена из обсерватории Лик. Это довольно старая страница, и некоторые из ее ссылок сейчас мертвы, но там все еще есть много полезной информации.
Разве расхождение +4 секунды в день не приводит к расхождению в 24,3493 минуты в год?
Являются ли солнечные дни подходящим типом дня для использования? У нас также есть звездные дни и другие определения «дня». Стоит отметить - в течение 6 месяцев, используя солнечные дни, полдень становится полночью (в зависимости от положения солнца на небе)
@Nat - это почти не имеет ничего общего с високосными секундами. Это гораздо больше связано с тем, что представление о том, что продолжительность дня, усредненная в течение нескольких лет, равна среднему значению минимальной, а максимальная продолжительность дня неверна. Есть много псевдоциклических функций, где среднее значение не является средним значением минимума и максимума, ярким примером является уравнение времени.
@DavidHammen Вопрос основан на предпосылке, что день можно рассматривать как ровно 24 часа, наряду с расчетом спрашивающего истинного среднего значения. Статья о дополнительных секундах поясняет, как среднее значение на самом деле отличается от 24-часового.
@Nat - я не согласен. Четырехсекундное отклонение от 86400 секунд более чем на три порядка больше, чем крошечное отклонение в 2,5 миллисекунды, которое приводит к необходимости дополнительных секунд. Если бы средний солнечный день длился 86404 секунды, нам потребовалось бы 4 дополнительные секунды каждый день или две дополнительных минуты в месяц. Но это не так. Средний солнечный день остается очень близким к 86400 секундам.
@DavidHammen Это верно, хотя я не уверен, с чем вы не согласны?
@Nat - я не согласен, что это как-то связано с високосными секундами.
@DavidHammen Не знаю, что тебе сказать. Я дал ссылку на статью, потому что она предоставила контекст, который, по моему мнению, был бы полезен, поскольку другие, похоже, согласились с ним. Я думаю, вы неверно истолковываете это как попытку ответить на вопрос?
Учитывая два голосования за закрытие из-за неясности, довольно ясно, что задает этот вопрос: учитывая циклическую функцию, можно ли использовать среднее значение минимума и максимума в качестве прокси для среднего? Ответ заключается в том, что это разумное приближение нулевого порядка, но с оговоркой, что результат может значительно отклоняться от среднего значения.
Вы бы вычислили средний возраст населения как половину возраста самого старого человека?
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не относящийся к теме, потому что этот вопрос принадлежит Astronomy Stack Exchange.
Уважаемый @ObsessionWithElectricity, наличие хорошо принятого ответа ничего не говорит о том, принадлежит ли вопрос этому сайту или нет. Надеюсь, вы оцените различие. Ваше здоровье! :)
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не относящийся к теме, потому что в нем отсутствует достаточное предварительное исследование.
@DavidHammen Тогда не так много вопросов по физике, не так ли?
@DvijMankad Просто для справки в будущем, это не повод закрывать вопрос.
@DavidZ Я думаю, вы однажды уже поднимали этот вопрос, но я до сих пор не понимаю. Почему это не причина закрыть вопрос, если он принадлежит Astronomy SE, но причина, если он принадлежит, скажем, Mathematics SE? Или вы предполагаете, что это не причина? Я не думаю, что последнее может иметь место, потому что вопрос, относящийся к Mathematics SE, указан как одна из причин для голосования, верно? :/
@Dvij Давайте обсудим это в другом месте. Это была бы хорошая тема для мета-поста, но я также был бы рад обсудить ее в чате, если вы предпочитаете.

Ответы (4)

Вы не можете рассчитать продолжительность среднего солнечного дня, просто взяв среднее значение самых коротких и самых длинных видимых солнечных дней. Это сработало бы, если бы кажущаяся продолжительность дня изменялась простым линейным образом, но это не так.

Из статьи Википедии об уравнении времени ,

Уравнение времени описывает несоответствие между двумя видами солнечного времени. [...] Различаются два времени: видимое солнечное время, которое непосредственно отслеживает дневное движение Солнца, и среднее солнечное время, которое отслеживает теоретическое среднее Солнце с равномерным движением.

Этот график показывает кумулятивную разницу между средним и кажущимся солнечным временем:

Уравнение времени

Уравнение времени — над осью солнечные часы будут казаться быстрыми относительно часов, показывающих среднее местное время, а ниже оси солнечные часы будут казаться медленными.

Чтобы правильно рассчитать среднюю продолжительность солнечного дня, необходимо интегрировать видимую продолжительность дня за весь год. (И вам нужно решить, как именно определить продолжительность года, что само по себе представляет собой целую сложную историю).

Есть две основные причины Уравнения Времени.
1. Наклон плоскости земной орбиты (плоскость эклиптики), которая наклонена примерно на 23° относительно плоскости экватора. Этот наклон также отвечает за времена года.
2. Эксцентриситет орбиты Земли, из-за которого орбитальная скорость Земли меняется в течение года. На следующем графике показано, как эти два компонента объединяются для создания уравнения времени.

Компоненты уравнения времени

Уравнение времени (красная сплошная линия) и два его основных компонента, нанесенные на график отдельно: часть из-за наклона эклиптики (лиловая пунктирная линия) и часть из-за различной видимой скорости Солнца вдоль эклиптики из-за эксцентриситета орбиты Земли. (темно-синяя штриховая и пунктирная линии)

Дополнительные сведения см. в связанной статье в Википедии.

У меня есть дополнительная информация с улучшенными и дополнительными графиками на нашем дочернем сайте.
https://astronomy.stackexchange.com/a/48253/16685
Этот ответ содержит более подробную информацию, графики и некоторый код Python:
https://astronomy.stackexchange.com/a/49546/16685

И потом, время от времени нам нужны дополнительные секунды .
@Draco18s Действительно! Точный хронометраж — дело сложное и тонкое. См . jumpsecond.com , на который я также ссылался в своем комментарии к вопросу.
Стоит отметить, что с точки зрения фактической продолжительности дня (больше или меньше 24 часов) розовато-лиловая линия на этой диаграмме вносит значительно больший вклад, чем темная линия — больше, чем можно предположить на этой диаграмме. Причина в том, что продолжительность дня фактически является производной уравнения времени по времени; а розовато-лиловая линия несколько круче темной (а также имеет немного большую амплитуду).
@DawoodibnKareem - я бы не назвал ~ 20% меньше значительно меньше. Я бы назвал их почти одинаковой величины. Что более важно, так это разность фаз. Две кривые, вносящие вклад, находятся ближе к фазе друг с другом в начале ноября, чем в конце февраля.
@DavidHammen Вы не поняли мой комментарий. На продолжительность дня влияет не величина, а наклон. Лиловая линия имеет половину периода темной линии, поэтому, если вы начертите ее наклон, вы обнаружите, что ее вклад более чем в два раза превышает вклад темной линии.

Среднее значение распределения не является средним значением его минимума и максимума. Например, среднее значение (0,0,0,4) равно 1, а не 2. Эксцентриситет орбиты Земли не равен 0, как и эксцентриситет Луны, поэтому ваше распределение продолжительности дня, вероятно, немного асимметрично, отсюда и расхождение в 4 секунды . Суммируйте продолжительность всех дней в году, разделите на количество дней, вы получите лучшее значение.

Первоначальное определение часа составляло 1/24 дня, независимо от того, насколько долгим был день в то время. Продолжительность, которую вы цитируете, возможна только с помощью чрезвычайно современных определений, ставших возможными благодаря переопределению секунды (сохранение минут и часов фиксированными как 60 секунд и 3600 секунд соответственно).

Я не возражаю, но есть ли у вас 1) дата, когда это стало официальным определением часа, и 2) когда было принято использовать 1/24, а не 1/10 или 1/20 дня? Я читал недокументированные источники, в которых упоминается, что дневной свет исторически делился на десятые доли до двенадцатых.
Подробнее на en.wikipedia.org/wiki/Hour .
Средний солнечный день составляет 86400,0025 секунд , поэтому, хотя причина в этом ответе имеет некоторое влияние, она составляет только 2,5 мс из 4-секундного расхождения в вопросе.

24-часовое (точное) определение среднего солнечного дня применяется только в том случае, если вы используете шкалу времени UT1. Как уже упоминалось, средний солнечный день не является средним из самого короткого и самого длинного видимого солнечного дня, и вы должны учитывать уравнение времени, чтобы рассчитать средний солнечный день, усредняя все видимые солнечные дни за один год.

Если вы используете определение секунды, основанное на метрической системе, которая используется в шкалах времени атомного времени (TAI), UTC и земного времени (TT), продолжительность среднего солнечного дня не равна точно 24 часам. Определение секунды СИ, помимо атомной шкалы, основано на среднем солнечном дне в 1900 году, определенному Ньюкомбом (на самом деле оно соответствует среднему солнечному дню примерно в середине 19 века), когда вращение Земли было быстрее. чем сегодня. Сегодня средний солнечный день немного длиннее, чем в прошлом (при измерении атомными часами), а длина среднего солнечного дня в секундах TAI больше, чем в UT1. Чтобы исправить разницу, високосные секунды вводятся 0–2 раза в год в шкалу времени UTC на основе наблюдений за вращением Земли, чтобы синхронизация UTC с UT1 составляла менее 0,9 с.

Длина секунды SI зависит от местоположения, и TAI основан на наблюдениях, сделанных атомными часами в различных лабораториях по всему миру («UTC (k)»), и с поправкой на геопотенциал на уровне моря. TT - это теоретическая длина секунды SI на геоиде, и поэтому она никогда не известна точно. Приблизительное значение прошлого ТТ ежегодно пересматривается BIPM. Напротив, TAI и UTC определяются и остаются фиксированными примерно через 1 месяц после факта (регулярно публикуется в Circular-T BIPM). Специфические для лаборатории шкалы времени UTC(k) и время GPS (основанное на главных часах Военно-морской обсерватории США) известны в режиме реального времени. Другие шкалы времени включают геоцентрическое время, барицентрическое время и эфемеридное время. Длина 1 с немного отличается между ними, некоторая разница связана с тем, что время течет по-разному в зависимости от местоположения в гравитационном потенциале. Например, в Солнечной системе время течет быстрее, чем на поверхности Земли, примерно на 0,5 секунды в год.

Исторически наиболее точным было время, измеряемое вращением Земли, а средние солнечные сутки принимались постоянными, равными 86400 с. Это изменилось с введением эфемеридного времени, которое позже было заменено кварцевыми и атомными часами, что привело к переопределению секунды. Они будут отклоняться дальше по мере замедления вращения Земли.

Использованная литература:

Рис. 1. Превышение продолжительности суток на 86400 с, комбинированное решение GPS, 1995-1997 гг. Из https://www.iers.org/IERS/EN/Science/EarthRotation/LODgps.html

введите описание изображения здесь

Рисунок 2. TAI-UT1 и TAI-UTC. Из Маккарти и Зайдельмана (2018).

Спасибо за упоминание Земного времени и т. Д. Я не хотел опускаться до кроличьей норы шкалы времени в своем ответе (хотя я предоставил ссылку на статьи по этим темам в паре комментариев), но я думаю, что это хорошо, чтобы дайте людям краткий обзор этого материала. ;)
Високосные секунды не имеют абсолютно никакого отношения к ошибке ОП в 4 секунды при его / ее попытке рассчитать продолжительность среднего солнечного дня. Вся информация в этом ответе верна, но совершенно не связана с вопросом.
@DawoodibnKareem Я думаю, что это связано, потому что ответ на вопрос, сколько длится средний солнечный день, не «ровно 24 часа 0 минут 0 секунд» - не тогда, когда вы используете обычное определение 1 с. Другие ответы не объясняют этого (но отвечают на главный вопрос, который является неправильным усреднением).
Как сутки могут длиться ровно 24 часа? [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v