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?
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 — 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.
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
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).
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
Рисунок 2. TAI-UT1 и TAI-UTC. Из Маккарти и Зайдельмана (2018).
Нат
PM 2Кольцо
Эрик Тауэрс
Балдрикк
Дэвид Хаммен
Нат
Дэвид Хаммен
Нат
Дэвид Хаммен
Нат
Дэвид Хаммен
Майкл Кей
юпилат13
юпилат13
Эмилио Писанти
JMac
Дэвид З.
юпилат13
Дэвид З.