Определение времени по положению Солнца¶

Определение времени по Солнцу — способ установления местного солнечного времени путём наблюдения за положением Солнца на небосводе относительно точек восхода, заката и кульминации. Метод основан на том, что Солнце движется по небу с постоянной угловой скоростью 15° в час, поэтому по высоте и азимуту светила можно вычислить текущее время с точностью до нескольких минут.

¶Принцип метода

Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за сутки, из-за чего Солнце видимым образом смещается с запада на восток со скоростью 15° за час (360° за 24 часа). Если зафиксировать положение Солнца относительно местного горизонта или меридиана, можно отсчитать прошедшее время от известного момента — например, от полудня, когда светило достигает наивысшей точки (верхней кульминации).

Для определения времени необходимо знать:

• дату (для расчёта деклинации Солнца — его отклонения от экватора);
• географическую широту места наблюдения;
• географическую долготу — для перевода местного солнечного времени в поясное.

¶Определение времени по полудню

Самый простой способ — зафиксировать момент верхней кульминации Солнца. В этот момент светило проходит через местный небесный меридиан, и его тень от вертикального предмета направлена строго на север (для северного полушария). Местное солнечное время в этот момент равно ровно 12:00.

Чтобы определить время по поясным часам, к 12:00 прибавляют поправку на долготу. Каждый градус долготы соответствует 4 минутам времени. Если место наблюдения находится западнее определённого часового пояса, к местному полудню прибавляют поправку; если восточнее — вычитают. Например, Москва (55°45′ с. ш., 37°37′ в. д.) относится к третьему часовому поясу (UTC+3), центр которого проходит по 45° в. д. Разница составляет около 7°23′, или примерно 29 минут, поэтому истинный полдень в Москве наступает около 12:29 по московскому времени.

¶Определение времени по высоте Солнца

Высота Солнца над горизонтом меняется в течение дня по предсказуемой траектории. Зная широту и дату, можно построить таблицу или график высоты Солнца для каждого часа и сопоставить наблюдаемое значение с расчётным. Для измерения высоты используют астролябию, секстант, кватрант или самодельный инструмент — например, линейку с подвешенным отвесом (простая астролябия).

Формула расчёта высоты Солнца:

sin h = sin φ · sin δ + cos φ · cos δ · cos H,

где h — высота Солнца, φ — широта места, δ — деклинация Солнца, H — часовой угол. Часовой угол H напрямую связан с местным солнечным временем: он равен 15°, умноженным на число часов от полудня.

¶Определение времени по тени

Исторически распространён способ измерения времени по длине тени от вертикального предмета (гномона). Полуденная тень самая короткая, утренняя и вечерняя — длиннее. По таблицам, заранее рассчитанным для данной широты и даты, длина тени переводится во время. Этот принцип лежит в основе солнечных часов, которые были основным измерителем времени до появления механических часов.

¶Определение времени по восходу и закату

Время восхода и заката зависит от широты и времени года. Зная эти моменты (например, из астрономического календаря), можно отмерять время по положению Солнца у горизонта. В день равноденствия (21 марта и 23 сентября) Солнце восходит точно на востоке и заходит точно на западе, а его дисковый центр проходит через зенит для наблюдателей в тропиках. В дни солнцестояний (около 22 июня и 22 декабря) траектория Солнца наиболее наклонная или пологая.

¶Определение времени по солнечным часам

Солнечные часы — устройство, преобразующее положение Солнца в показания времени. Простейший вариант — циферблат с наклонной стрелкой (стилем), проекцией которой на часовые линии указывает текущее время. Солнечные часы показывают местное солнечное время, поэтому для их сверки с поясными часами требуется поправка на долготу и уравнение времени — поправку, обусловленную неравномерностью движения Земли по орбите и наклоном оси. Уравнение времени может достигать ±16 минут.

¶Точность и ограничения

Методы определения времени по Солнцу дают точность в пределах 1–15 минут в зависимости от способа и инструментов. Наиболее точен момент кульминации, зафиксированный по исчезновению тени или по прохождению центра диска через отвесную нить. Определение по высоте или длине тени менее точно из-за погрешностей измерения и расплывчатости тени (обусловленной угловым размером Солнца около 0,5°).

Метод неприменим в полярных районах в период полярной ночи, а также при сплошной облачности. В умеренных широтах точность ограничена также необходимостью знать точные координаты места наблюдения.

¶Применение

Способы определения времени по Солнцу применяются в астрономической навигации, обучении основам астрономии, туризме и выживании. Расчёты кульминации и восхода используются при калибровке часов и астрономических инструментов.

¶Источники

• Большая Российская энциклопедия: Астрономия
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• Михайлов А. А. Курс сферической астрономии
• Фесенков В. Г. Астрономия в древнем мире