Познакомимся теперь с основными принципами измерения времени. Оказывается, ответ на вопрос «когда?» далеко не так прост, как может показаться с первого взгляда.

Период полного оборота Земли вокруг Солнца, называемый годом, служит единицей для измерения крупных отрезков времени. Меньшие промежутки времени измеряют сутками и их долями — часами, минутами и секундами. Основой для таких измерений служит осевое вращение Земли, которое происходит почти идеально равномерно. Именно поэтому астрономы рассматривают земной шар как естественные часы, «ход» которых более равномерен, чем ход любого хронометра.

Вращение Земли, как уже говорилось, порождает видимые суточные движения небесных светил. Их расположение на небе по отношению к небесному меридиану можно охарактеризовать так называемым часовым углом t (см. рис. 16).

Часовой угол — это угол между плоскостью круга склонения, проходящего через данное светило, и плоскостью небесного меридиана. Часовые углы светил, как и их прямые восхождения, отсчитываются в единицах времени, но в противоположном направлении: от южной части небесного меридиана к западу, то есть в сторону суточного движения светил.

Например, когда точка весеннего равноденствия заходит (в точке запада), ее часовой угол равен 6 часам, а когда она восходит (в точке востока)— 18 часам.

Часовые углы небесных светил непрерывно изменяются пропорционально времени, и поэтому их используют при измерении времени.

Практическая жизнь человека связана с Солнцем, с его видимым движением по небосводу. Основной единицей при измерении времени по Солнцу служат так называемые истинные солнечные сутки.

Истинными солнечными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра видимого диска Солнца. Так как момент верхней кульминации Солнца называется истинным полднем, то можно сказать, что истинные солнечные сутки равны промежутку времени между двумя смежными истинными полуднями.

За начало истинных солнечных суток принимается момент верхней кульминации центра Солнца, то есть истинный полдень. Измерив часовой угол Солнца, можно узнать, чему равно истинное солнечное время в данный момент.

Величина истинных солнечных суток не остается постоянной и слегка колеблется в течение года довольно сложным образом. Объясняется это тем, что измерение времени по Солнцу связано с движением вокруг него нашей Земли, которое (по второму закону Кеплера) неравномерно. Следовательно, и движение Солнца по эклиптике неравномерно, и из-за этого, а также из-за наклона эклиптики к небесному экватору в разные периоды года истинные солнечные сутки имеют разную продолжительность. Измерять отрезки времени переменной единицей масштаба, конечно, неудобно. В практической деятельности человека пользуются поэтому в качестве единицы времени не истинными, а так называемыми средними солнечными сутками.

Средними солнечными сутками называется средняя величина за год истинных солнечных суток. Эта величина всегда остается постоянной, как и ее доли (часы, минуты и секунды). Время, измеряемое средними солнечными сутками, называется средним солнечным временем. Это и есть то время, которое показывают наши часы. Оно достаточно хорошо связано и с наблюдаемым движением Солнца по небосводу, так как истинное солнечное время расходится со средним в разные дни года по-разному, но не более чем на четверть часа.

Точное время можно измерить не только по Солнцу, но и по звездам, наблюдая их кажущееся суточное движение. Основной единицей при этом считаются звездные сутки, равные промежутку времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями одной и той же звезды. Время, измеряемое звездными сутками и их долями (звездными часами, минутами и секундами), называется звездным временем. Нетрудно догадаться (рис .19), что между звездным временем S в данный момент, часовым углом t некоторой звезды и ее прямым восхождением α существует простая зависимость

t = S — а.

Следовательно, в момент верхней кульминации звезды это уравнение приобретает вид S=а, то есть звездное время равно прямому восхождению кульминирующих звезд.

рис .19

Если бы Солнце не перемещалось на фоне неба по эклиптике с запада на восток, солнечные сутки были бы равны звездным. На самом деле первые из них длиннее вторых, и легко сообразить, по какой причине: если, скажем, сегодня Солнце кульминирует одновременно с какой-нибудь звездой, то завтра этого уже не будет — Солнце слегка сместится к востоку, отстанет от звезды и солнечные сутки окажутся почти на четыре минуты длиннее звездных. На следующий день разница возрастет до 8 минут и т. д.

Зная положение Солнца на звездном небе, можно несложными вычислениями перейти от звездного времени к солнечному и обратно.

Проблема измерения времени осложняется еще и тем, что в один и тот же момент времени на разных географических меридианах кульминируют разные светила.

Допустим, что в некотором пункте (рис. 20) земного шара Солнце в данный момент находится в верхней кульминации, в плоскости небесного меридиана, которая совпадает с плоскостью географического меридиана данного пункта. Иначе говоря, в этом пункте — истинный полдень. Тогда очевидно, что на противоположном меридиане будет истинная полночь, а в пунктах, отстоящих от пунктов А и В по долготе на 90°, соответственно 6 ч утра и 6 ч вечера.

рис .20

Следовательно, на каждом земном меридиане есть свое местное время. Возникли бы, очевидно, большие неудобства и недоразумения, если бы каждый пункт земного шара жил по местному времени. Поэтому давно уже введено так называемое поясное время.

Астрономы условно разделили поверхность земного шара на 24 части, которые получили наименование часовых поясов. Нулевой часовой пояс выбрали так, чтобы его средний, центральный меридиан проходил через Гринвичскую обсерваторию (вблизи Лондона). Нумерация поясов возрастает от запада к востоку, таким образом, например, Москва оказалась во втором часовом поясе. Время, отсчитываемое на нулевом гринвичском меридиане, называется мировым временем.

Договорились в пределах одного и того же пояса жить по единому времени, а именно по местному времени центрального меридиана данного пояса. Вот это время и называется поясным временем.

Так как ширина каждого часового пояса по долготе составляет 1^ч (или 15°), то местное время какого-нибудь пункта внутри данного часового пояса отличается от поясного не более чем на полчаса в ту или иную сторону. За полчаса смещение Солнца на небосводе весьма невелико, и потому поясное время, достаточно хорошо отражая движение Солнца по небосводу, вместе с тем практически весьма удобно. Благодаря неясному времени путешественник должен переставлять свои часы не непрерывно, а только при переезде в другой часовой пояс.

В 1930 г. декретом Совнаркома СССР все часы в Советском Союзе были переведены на 1^ч вперед но отношению к поясному времени. Это декретное время сохранилось и поныне. Благодаря декретному времени предприятия раньше кончают работать, а население раньше ложится спать. Во все месяцы года, кроме зимы, этим достигается значительная экономия электроэнергии, а практически декретное время почти так же удобно, как и поясное. Для той же цели весной и летом вводится летнее время. В нашей стране перевод часовой стрелки на час вперед осуществляется в последнее воскресенье марта, а возврат к декретному времени — в последнее воскресенье сентября.

Таким образом, например, часы любого москвича с октября по март показывают поясное время третьего часового пояса, а с апреля по сентябрь — время четвертого часового пояса.