Неравномерность вращения Земли
Переход от звездного времени к среднему и обратно
Звездное время в среднюю полночь на различных меридианах
В момент средней полночи (нижней кульминации среднего экваториального Солнца) часовой угол среднего экваториального Солнца равен 12h, и звездное время в среднюю полночь есть
s0 = a¤ ср.экв + 12h.
Звездное время в полночь на меридиане Гринвича обозначается S0. В Астрономическом Ежегоднике публикуются значения S0 на каждый день года. Выражение для S0 на любую дату находится по формуле:
S0 = 6h41m50.55s + 236.555sd + 0.093104s T2 - 6.27 s ×10-6 T3.
где d - число суток, прошедших от эпохи 2000, янв.,1, до гринвичской полуночи рассматриваемой даты,
T - промежуток времени d, выраженный в юлианских столетиях по 36525 суток, то есть
T = (JD-2451545)/36525.
Так как полночь на разных меридианах наступает не одновременно, то звездное время в местную полночь на разных меридианах не одинаково. Момент s0E к востоку от Гринвича наступает раньше S0, а момент s0W (к западу) - позже. В одном и том же пункте звездное время в полночь за сутки увеличивается на величину m×24h, а за промежуток времени, равный l, звездное время в местную полночь будет отличаться от S0 на ml, т.е.
|
|
s0 = S0 ± lm |WЕ.
Переход от звездного времени s к среднему m и обратно понятен с использованием рис. 19, где физическое время измеряется двумя шкалами – средней солнечной и звездной. Здесь среднее солнечное время m равно промежутку времени (s- s0), переведенному в средние солнечные единицы,
m = (s-s0)(1- n) =(s-s0) - (s-s0)n,
а звездное время s есть время в полночь s0 плюс интервал среднего солнечного времени m, переведенный в звездные единицы,
s = s0 + m(1+ m) = s0 + m + mm.
Для Гринвичского меридиана формулы аналогичны:
UT = (S-S0)(1- n) = (S-S0) - (S-S0)n,
S = S0 + UT(1+m) = S0 + UT + UTm.
Системы измерения времени, основанные на суточном вращении Земли, считаются равномерными настолько, насколько равномерно вращение Земли. Однако продолжительность полного оборота Земли вокруг оси не постоянна. Еще в XYII веке на основании расхождений в вычисленных и наблюденных координатах Луны и планет было обнаружено, что скорость вращения Земли непрерывно замедляется. С изобретением кварцевого, а затем атомного генераторов частоты, позволяющих измерять промежутки времени с погрешностью 10-11 сек, было установлено, что вращение Земли имеет периодические и случайные изменения скорости.
1. Вековое замедление скорости вращения Земли – продолжительность суток увеличивается на 0.0023s за 100 лет. Замедление вращения Земли вызвано тормозящим действием лунных и солнечных приливов.
2. Периодические (сезонные) изменения скорости вращения Земли. Периоды колебаний – 0.5 года и 1 год. Продолжительность суток в течение года может отличаться от средней на 0.001s. Причина явления – сезонные перераспределения воздушных масс на поверхности Земли.
|
|
3. Нерегулярные изменения скорости вращения Земли. Продолжительность суток увеличивается или уменьшается на несколько тысячных долей секунды (“скачком”), что по амплитуде превышает столетние приливные изменения. Возможные причины явления – изменение атмосферной циркуляции, перемещение масс внутри Земли, влияние тяготения планет и Солнца.
Вывод: из-за своих неравномерностей вращение Земли вокруг оси не может являться эталоном для измерения времени. В небесной механике и дифференциальных уравнениях гравитационных теорий движения небесных тел в качестве независимого аргумента должна быть идеально равномерная шкала времени.