|
Jednostki czasu
Przy pomiarach czasu przywykliœmy u¿ywaæ dwu naturalnych jednostek podstawowych: doby i roku. Jeden obrót Ziemi wokó³ osi trwa jedn¹ dobê, jeden obieg Ziemi wokó³ S³oñca - rok. Oba te ruchy ³¹cznie s¹ przez nas obserwowane jako dzienny (dobowy) ruch nieba. Jednak ani obrót Ziemi, ani obieg Ziemi wokó³ S³oñca nie s¹ ca³kowicie regularne. Te nieprawid³owoœci w ruchu naszej planety, a tak¿e z³o¿enie ruchu obrotowego i obiegowego Ziemi, odczuwane jako obserwowany ruch nieba, sprawiaj¹, ¿e pozorny dobowy ruch nieba i zwi¹zane z nim pozorne ruchy S³oñca i gwiazd na niebie nie pozwalaj¹ na dok³adny pomiar czasu. Ale dla celów ¿ycia codziennego dok³adnoœæ jednostki czasu opartej na obrocie Ziemi jest ca³kowicie wystarczaj¹ca. Równie¿ astronomowie nie musz¹ w swojej pracy u¿ywaæ zegarów atomowych, gdy¿ niedok³adnoœæ czasu efemeryd, tj. czasu, którego definicja opiera siê na ruchu Ziemi wokó³ S³oñca, nie przewy¿sza 5 s w ci¹gu tysi¹ca lat. Tak¿e i nam dla zapoznania siê z niebem wystarcz¹ jednostki zwi¹zane z dobowym ruchem gwiazd i S³oñca po niebie. Ziemia na swej drodze wokó³ S³oñca porusza siê w kierunku przeciwnym ni¿ dobowy ruch sfery niebieskiej, a zatem z zachodu na wschód. To sprawia, ¿e odstêp czasu pomiêdzy dwoma nastêpuj¹cymi po sobie przejœciami S³oñca przez po³udnik miejscowy - tzw. doba s³oneczna jest w przybli¿eniu o 4 min d³u¿sza od doby gwiazdowej, czyli od odstêpu czasu miêdzy dwoma nastêpuj¹cymi po sobie przejœciami dowolnie wybranej gwiazdy przez po³udnik miejscowy. Obrót Ziemi narzuca nam zatem dwa rodzaje czasu: s³oneczny i gwiazdowy, w zale¿noœci od tego czy ruch obrotowy Ziemi odnosimy do S³oñca, czy te¿ do gwiazd. W ¿yciu codziennym jest jednak wygodniej opieraæ siê na nastêpstwie dni i nocy, a zatem na czasie zwi¹zanym z obserwowanym ruchem S³oñca po niebie. Do identyfikacji gwiazd i innych cia³ niebieskich wygodniejszy jest czas gwiazdowy, gdy¿ jest on zwi¹zany z ruchem tych cia³ po niebie. Czas s³oneczny Jak ju¿ wspomnieliœmy, Ziemia nie obiega S³oñca z jednostajn¹ prêdkoœci¹. Aby odbicie ruchu obiegowego Ziemi w obserwowanym ruchu S³oñca na niebie by³o jeszcze bardziej skomplikowane, p³aszczyzna równika niebieskiego nie le¿y w p³aszczyŸnie orbity Ziemi, ale jest nachylona do niej pod k¹tem 23,4°. S³oñce zatem nie porusza siê po niebie jednostajnie, a odstêp czasu up³ywaj¹cy pomiêdzy dwoma nastêpuj¹cymi po sobie przejœciami S³oñca przez po³udnik miejscowy zmienia siê w ci¹gu roku z dnia na dzieñ. Czas oparty na obserwowanym ruchu S³oñca po niebie nazywamy czasem prawdziwym s³onecznym; wskazuj¹ go nam zegary s³oneczne. Poniewa¿ jednak nie up³ywa on jednostajnie, nie jest u¿yteczny dla potrzeb ¿ycia codziennego, tote¿ na co dzieñ stosujemy czas œredni s³oneczny, którego jednostka, œrednia doba s³oneczna, jest sta³a. Œrednia doba s³oneczna jest zdefiniowana podobnie jak prawdziwa doba s³oneczna, z tym ¿e zamiast S³oñca prawdziwego wprowadzamy fikcyjne S³oñce œrednie, poruszaj¹ce siê po równiku niebieskim ruchem jednostajnym. Ró¿nica pomiêdzy czasem prawdziwym s³onecznym i czasem œrednim w niektórych dniach roku siêga a¿ 16 min. Czas strefowy Poniewa¿ ka¿dy po³udnik na powierzchni Ziemi ma swój w³asny czas miejscowy s³oneczny, prawdziwy lub œredni, ze wzglêdów praktycznych musiano dokonaæ dalszej reformy czasu. W roku 1884 zosta³ wprowadzony tzw. czas strefowy. Kula ziemska zosta³a podzielona na strefy pomiêdzy po³udnikami odleg³ymi od siebie o 15°, co w jednostkach czasowych odpowiada dok³adnie 1 h (prêdkoœæ ruchu obrotowego Ziemi wynosi w przybli¿eniu 360°/24 h). W ka¿dej strefie u¿ywa siê tego samego czasu, który jest równy œredniemu czasowi s³onecznemu po³udnika przechodz¹cego przez œrodek strefy. Czasem strefowym pos³ugujemy siê w ¿yciu codziennym i odmierzaj¹ go nasze dobrze znane zegary. Podstawowym czasem na Ziemi jest czas uniwersalny (UT), odpowiadaj¹cy œredniemu czasowi s³onecznemu po³udnika przechodz¹cego przez Greenwich, czyli po³udnika o d³ugoœci geograficznej 0°. W kierunku na wschód w ka¿dej dalszej strefie czasowej mamy czas o jedn¹ godzinê póŸniejszy ni¿ w strefie poprzedzaj¹cej, natomiast w kierunku zachodnim o jedn¹ godzinê wczeœniejszy. Analogicznie czas uniwersalny jest równy czasowi strefowemu pomniejszonemu o wyra¿on¹ w godzinach d³ugoœæ geograficzn¹ œrodkowego po³udnika danej strefy czasowej. D³ugoœæ geograficzna wyra¿ona w godzinach ma znak minus na wschód i znak plus na zachód od Greenwich. Europa Œrodkowa, w której siê znajdujemy, le¿y w strefie s¹siaduj¹cej od wschodu ze stref¹ po³udnika Greenwich. Czas naszej strefy nosi nazwê czasu œrodkowoeuropejskiego. Jest to miejscowy czas œredni s³oneczny po³udnika 15° wschodniej d³ugoœci geograficznej, tj. po³udnika przechodz¹cego m.in. przez Zgorzelec. Tutaj S³oñce kulminuje o godzinê wczeœniej ni¿ na po³udniku o d³ugoœci geograficznej 0°, st¹d czas œrodkowoeuropejski jest w stosunku do czasu uniwersalnego przesuniêty o godzinê naprzód. Dany moment wyra¿ony w czasie œrodkowoeuropejskim jest równy czasowi uniwersalnemu powiêkszonemu o jedn¹ godzinê. W niektórych pañstwach, równie¿ w Polsce, wprowadza siê tzw. czas letni. Jest to czas przesuniêty sztucznie zwykle o godzinê do przodu w stosunku do czasu strefowego. Czas letni stosuje siê na ogó³ od wiosny do jesieni (u nas w miesi¹cach od kwietnia do wrzeœnia). W czasie letnim wszystkie zjawiska na niebie widzimy o jedn¹ godzinê póŸniej w stosunku do czasu strefowego, w którym na ogó³ publikowane s¹ momenty tych zjawisk. Linia zmiany daty Z praktycznym u¿yciem czasu wi¹¿¹ siê jeszcze dalsze problemy. Tak na przyk³ad, gdy w strefie czasu uniwersalnego jest godzina 23, to u nas, w strefie czasu œrodkowoeuropejskiego, zaczyna siê w³aœnie nastêpna doba. Gdzie jednak jest miejsce, w którym po raz pierwszy na kuli ziemskiej spotyka siê poprzedni dzieñ z nowym? Aby ta tzw. linia zmiany daty w jak najmniejszym stopniu narusza³a normalny porz¹dek rzeczy, trzeba j¹ by³o ustaliæ w miejscach mo¿liwie ma³o zaludnionych. St¹d linia zmiany daty le¿y w pobli¿u po³udnika 180° d³ugoœci geograficznej i przechodzi przez Ocean Spokojny, omijaj¹c przyl¹dki i wyspy. Przy przejœciu przez liniê zmiany daty przechodzimy zatem z jednego dnia w drugi. Gdy przelatujemy samolotem nad lini¹ zmiany daty albo przep³ywamy j¹ okrêtem w kierunku na wschód, data zmienia siê o jeden dzieñ wstecz. Gdy przekraczamy liniê zmiany daty w kierunku na zachód, datê przesuwamy o jeden dzieñ do przodu. Czas gwiazdowy Aby zale¿noœæ pomiêdzy czasem gwiazdowym i rektascensj¹ cia³a niebieskiego by³a mo¿liwie prosta, czas gwiazdowy definiuje siê w odniesieniu do punktu równonocy wiosennej, maj¹cego rektascensjê równ¹ 0h. Dob¹ gwiazdow¹ nazywamy zatem odstêp czasu up³ywaj¹cy miêdzy dwiema nastêpuj¹cymi po sobie górnymi kulminacjami punktu równonocy wiosennej. Z tej definicji czasu gwiazdowego wynika, ¿e przez po³udnik miejscowy przechodz¹ cia³a, których rektascensja jest dok³adnie równa miejscowemu czasowi gwiazdowemu. Wystarczy zatem znaæ czas gwiazdowy w danym momencie, aby wiedzieæ, jakie gwiazdy w³aœnie kulminuj¹ w po³udniku. Punkt równonocy wiosennej pod wp³ywem oddzia³ywania grawitacyjnego S³oñca, Ksiê¿yca i planet zmienia swoje po³o¿enie wœród gwiazd. Dlatego te¿, gdy chcemy wyraziæ siê dok³adnie, musimy - podobnie jak przy czasie s³onecznym - mówiæ o prawdziwym i œrednim czasie gwiazdowym. Ró¿nica pomiêdzy nimi jest jednak nieznaczna, 0,0084 s, st¹d nie pope³nimy wielkiego b³êdu zak³adaj¹c, ¿e doba gwiazdowa ma sta³¹ d³ugoœæ. Jak ju¿ wspomnieliœmy, doba gwiazdowa jest w przybli¿eniu o 4 min (dok³adnie o 3 min 56,555 s) krótsza od œredniej doby s³onecznej. Aby przeliczyæ czas s³oneczny na czas gwiazdowy, musimy jeszcze wiedzieæ, kiedy oba te czasy s¹ sobie równe. Nastêpuje to co roku w dniu równonocy jesiennej o pó³nocy. Od tego momentu czas gwiazdowy wyprzedza œredni czas s³oneczny codziennie w przybli¿eniu o 4 min, a co miesi¹c o 2 h. Dla naszych potrzeb czas gwiazdowy mo¿emy wyznaczyæ w nastêpuj¹cy sposób: do czasu strefowego, u¿ywanego w ¿yciu codziennym, w danym dniu roku dodamy 2 h pomno¿one przez ca³kowit¹ liczbê miesiêcy, które up³ynê³y od 23 wrzeœnia do danej daty, i dodamy ponadto 4 min pomno¿one przez liczbê dni, jakie pozosta³y w ostatnim niepe³nym miesi¹cu. Gdy otrzymamy wartoœæ wiêksz¹ ni¿ 24 h, odejmiemy od niej 24 h. Otrzymany rezultat jest czasem gwiazdowym centralnego po³udnika danej strefy czasowej. |
ZJAWISKA ŒWIETLNE W ATMOSFERZE
| |||
Opracowano na podstawie ksi¹¿ki E.Pittich D.Kalmancok - "Niebo na d³oni" |