Астрономический час и его соотношение с солнечным временем¶

Астрономический час — это единица измерения времени, равная одной двадцатой четвёртой части астрономических суток, то есть продолжительности полного обращения Земли вокруг своей оси относительно звёзд. В отличие от гражданского часа, который всегда содержит ровно 60 минут, астрономический час может длиться чуть больше или чуть меньше привычного часового интервала: его точное значение зависит от момента года и от того, какое именно обращение Земли используется как эталон — вокруг звёзд или вокруг Солнца.

¶Виды суток и связанные с ними часы

В астрономии принято различать несколько видов суток, и каждый из них порождает собственную «версию» часа:

Соответственно, астрономический час бывает:

• Звёздный (сидерический) час — равен 23,9345 ч ÷ 24 ≈ 59 мин 50,17 с гражданского времени. Именно этот час используется в астрономических каталогах: положение небесного объекта задаётся в часах прямого восхождения, отсчёт которого ведётся по звёздному времени.
• Истинный солнечный час — длительность меняется в течение года, потому что Земля движется по эллиптической орбите с неравномерной скоростью, а наклон оси вращения приводит к тому, что солнечный диск смещается относительно звёздного фона (так называемая уравнение времени).
• Средний солнечный час — условная единица, равная ровно 1/24 средних солнечных суток, то есть привычным 60 минутам. Именно этот час применяется в быту, в часовых поясах и в календарях.

¶Почему звёздный час короче обычного

Звёздные сутки короче солнечных примерно на 3 мин 56 с. Причина в том, что Земля, вращаясь вокруг своей оси, одновременно движется по орбите вокруг Солнца и за сутки «успевает» продвинуться примерно на один градус по дуге орбиты. Чтобы Солнце снова встало в ту же точку неба (верхнюю кульминацию), Земле нужно совершить не один полный оборот относительно звёзд, а чуть больше — примерно 361°. Поэтому солнечные сутки длиннее звёздных. Если разделить 23 ч 56 мин 4 с на 24, получится, что звёздный час длится около 59 мин 50 с гражданского времени — на 10 секунд короче привычного.

¶Практическое значение

Звёздное время и звёздный час применяются в обсерваториях для вычисления положения объектов на небесной сфере. Звёздные часы прямого восхождения отсчитываются от момента весеннего равноденствия; когда звёздное время совпадает с часом прямого восхождения объекта, объект находится на верхней кульминации — в наивысшей точке над горизонтом, что считается оптимальным моментом для наблюдений.

Для перевода между гражданским и звёздным временем используется соотношение: 1 звёздный час ≈ 0,99727 часовых поясных единиц, и наоборот, 1 час поясного времени соответствует примерно 1,00274 звёздного часа. За сутки разница достигает почти четырёх минут, за месяц — около двух часов, за год — счёт идёт на сутки.

¶Астрономические часы как прибор

Термин «астрономический час» применяется и к наручным часам особой конструкции. Астрономические часы (астрономы) — это часы с 24-часовым циферблатом, на котором стрелка совершает один оборот за сутки вместо двух. Такое исполнение позволяет непосредственно считывать звёздное или солнечное время без пересчёта. Отдельные модели оснащены указателем звёздного времени, вторым 24-часовым циферблатом или кольцевой шкалой с координатами светил.

В профессиональной астрономии для точных измерений используются прецизионные астрономические часы: кварцевые и цезиевые, а с 1967 года эталоном секунды стала не астрономическая единица, а число колебаний атома цезия-137 (точнее, переход между двумя уровнями его сверхтонкой структуры). Средний солнечный час, таким образом, в современной метрологии определяется обратно — как ровно 3600 атомных секунд.

¶Историческая справка

До внедрения механических часов время измерялось по положению Солнца и звёзд — с помощью солнечных часов, водяных часов и астролябий. В Древней Греции и Риме сутки делились на 12 часов «дневного» и 12 часов «ночного» времени, причём длина часа менялась в зависимости от сезона: летом дневные часы были длиннее, зимой — короче. Такой подход называется «временем неравных часов» и просуществовал до появления механических часов в XIV веке, после чего постепенно вытеснился равномерным («французским» или «итальянским») делением суток на 24 равных часа.

¶Интересные факты

• Звёздные сутки составляют около 23 ч 56 мин 4,091 с — это значение известно с высокой точностью и почти не меняется со временем, поскольку торможение вращения Земли приливами составляет порядка 2 миллисекунд за столетие.
• Уравнение времени — разница между истинным и средним солнечным временем — достигает максимума около 16 минут в начале ноября и минимума около −14 минут в середине февраля.
• На Марсе солнечные сутки (сол) длятся 24 ч 37 мин 22 с, поэтому «марсианский час» длиннее земного примерно на 3,7 %.

¶Источники

• Большая советская энциклопедия, статьи «Сутки», «Время астрономическое»
• Михайлов А. А. «Курс сферической астрономии»
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• Астрономический календарь (ежегодник), ВИКИ ДАН