Звездное время - Sidereal time

Один из двух известных в мире сохранившихся сидерических угловых часов, созданных Джон Арнольд И сын. Ранее он принадлежал сэру Джордж Шакбург-Эвелин. Он выставлен в Королевская обсерватория, Гринвич, Лондон.

Звездное время /sаɪˈdɪərяəl/ это хронометраж система, которая астрономы использовать, чтобы найти небесные объекты. Используя звездное время, можно легко указать телескоп к собственному координаты в ночное небо. Вкратце, звездное время - это «шкала времени, основанная на Скорость вращения Земли измеряется относительно фиксированные звезды ".^[1]

Вид с того же расположение, звезда, видимая в одном месте на небе, будет видна в том же месте другой ночью в то же звездное время. Это похоже на то, как время хранится солнечные часы можно использовать для определения местоположения солнце. Так же, как Солнце и Луна кажется, что они поднимаются на востоке и заходят на западе из-за вращения Земли, также как и звезды. И то и другое солнечное время и звездное время использует регулярность вращения Земли вокруг своей полярной оси, солнечное время следует за Солнцем, а звездное время примерно следует за звездами.

Точнее, звездное время - это угол, измеренный по небесный экватор, от наблюдателя меридиан к большой круг что проходит через Мартовское равноденствие и оба небесные полюса, и обычно выражается в часах, минутах и ​​секундах.^[2] Обычное время на типичных часах измеряет немного более длинный цикл, учитывающий не только осевое вращение Земли, но и ее орбиту вокруг Солнца.

А звездный день приблизительно 86164.0905 секунды (23 ч 56 мин 4,0905 с или 23,9344696 ч).

(Секунды здесь следуйте SI определение и не следует путать с эфемериды второй.)

Само мартовское равноденствие прецессы медленно движется на запад относительно неподвижных звезд, совершая один оборот примерно за 26000 лет, поэтому неправильно названный звездный день («сидерический» происходит от латинского Сидус означает "звезда") на 0,0084 секунды короче, чем звездный день, Период вращения Земли относительно неподвижных звезд.^[3]Немного более длинный «истинный» сидерический период измеряется как Угол вращения Земли (ERA), ранее - звездный угол.^[4] Увеличение ERA на 360 ° - это полное вращение Земли.

Поскольку Земля обращается вокруг Солнца один раз в год, звездное время в любом данном месте и время будет увеличиваться примерно на четыре минуты по сравнению с местным. гражданское время каждые 24 часа, пока по прошествии года не пройдет один дополнительный звездный "день" по сравнению с количеством прошедших солнечных дней.

Сравнение с солнечным временем

Звездное время против солнечного времени. Вверху слева: далекая звезда (маленькая оранжевая звезда) и Солнце находятся на кульминация, на местном меридиане м. Центр: только далекая звезда достигает кульминации (среднее звездный день ). Правильно: несколько минут спустя Солнце снова находится на местном меридиане. А солнечный день завершено.

Солнечное время измеряется очевидным дневное движение Солнца, а местный полдень в видимом солнечном времени - это момент, когда Солнце находится точно на юге или севере (в зависимости от широты наблюдателя и сезона). Средний солнечный день (то, что мы обычно измеряем как «день») - это среднее время между местными солнечными полуднями («среднее», поскольку оно незначительно меняется в течение года).

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за звездные сутки; за это время он перемещается на небольшое расстояние (около 1 °) по своей орбите вокруг Солнца. Таким образом, после того, как прошел звездный день, Земле все еще нужно немного повернуться, прежде чем Солнце достигнет местного полудня по солнечному времени. Таким образом, средний солнечный день почти на 4 минуты длиннее звездного дня.

Звезды находятся так далеко, что движение Земли по ее орбите почти не влияет на их видимое направление (см., Однако, параллакс ), и поэтому они возвращаются к своей наивысшей точке в звездный день.

Другой способ увидеть эту разницу - заметить, что Солнце, по сравнению со звездами, совершает оборот вокруг Земли один раз в год. Таким образом, на один меньше солнечный день в год, чем звездных дней. Это делает звездный день приблизительно 365.24/366.24 раз больше продолжительности 24-часового солнечного дня, что дает примерно 23 ч 56 мин 4,1 с (86 164,1 с).

Эффекты прецессии

Вращение Земли - это не просто вращение вокруг оси, которая всегда оставалась бы параллельной самой себе. Сама ось вращения Земли вращается вокруг второй оси, ортогональный на орбиту Земли, чтобы совершить полный оборот за 25 800 лет. Это явление называется прецессия равноденствий. Из-за этой прецессии кажется, что звезды движутся вокруг Земли более сложным образом, чем простое постоянное вращение.

По этой причине, чтобы упростить описание ориентации Земли в астрономии и геодезия, было принято наносить на карту положения звезд на небе в соответствии с прямое восхождение и склонение, которые основаны на кадре, который следует за прецессией Земли, а также для отслеживания вращения Земли в звездном времени относительно этого кадра.^[а] В этой системе отсчета вращение Земли близко к постоянному, но кажется, что звезды вращаются медленно с периодом около 25 800 лет. Также в этой системе отсчета тропический год, год, связанный с временами года на Земле, представляет собой один оборот Земли вокруг Солнца. Точное определение звездных суток - это время, затрачиваемое на один оборот Земли в этой прецессирующей системе отсчета.

Современные определения

В прошлом время измеряли, наблюдая звезды с помощью таких инструментов, как фотографические зенитные трубки и Danjon астролябии, а прохождение звезд через определенные линии будет синхронизироваться с часами обсерватории. Затем, используя прямое восхождение Для звезд из звездного каталога вычислялось время, когда звезда должна была пройти через меридиан обсерватории, и вычислялась поправка ко времени, сохраняемому часами обсерватории. Звездное время было определено таким образом, чтобы мартовское равноденствие транзит меридиан обсерватории в 0 часов по местному звездному времени.^[6]

Начиная с 1970-х гг. радиоастрономия методы интерферометрия с очень длинной базой (РСДБ) и пульсар обогнал оптические инструменты для наиболее точных астрометрия. Это привело к определению UT1 (среднее солнечное время на долготе 0 °) с использованием VLBI, нового измерения угла вращения Земли и новых определений звездного времени. Эти изменения были введены в действие 1 января 2003 года.^[7]

Угол вращения Земли

Угол вращения Земли (ERA) измеряет вращение Земли от начальной точки на небесном экваторе, от промежуточной небесной точки, которая не имеет мгновенного движения вдоль экватора; Первоначально он назывался невращающейся исходной точкой. ERA заменяет видимое звездное время по Гринвичу (GAST). Исток на небесном экваторе для GAST, названный истинным равноденствие действительно движется из-за движения экватора и эклиптики. Отсутствие движения происхождения ЭРА считается существенным преимуществом.^[8]

ERA, измеряемая в радианы, относится к UT1 выражением^[3]

${ displaystyle theta (t_ {U}) = 2 pi (0,779 , 057 , 273 , 2640 + 1,002 , 737 , 811 , 911 , 354 , 48t_ {U})}$

где т_U это Юлианская дата UT1 − 2451545.0.

ERA может быть преобразован в другие единицы; например, Астрономический альманах за 2017 год свел его в градусы, минуты и секунды.^[9]

Например, Астрономический альманах за 2017 год дал ERA в 0 ч 1 января 2017 г. UT1 как 100 ° 37 ′ 12,4365 ″.^[10]

Звездное время

Фотография циферблата других сохранившихся сидерических угловых часов в Королевской обсерватории в Гринвиче, Англия, сделана Томас Томпион. На циферблате было нанесено название. Дж. Флэмстид, кто был Королевский астроном, и дата 1691.

Хотя ERA предназначена для замены звездного времени, необходимо поддерживать определения звездного времени во время перехода и при работе со старыми данными и документами.

Подобно среднему солнечному времени, каждое место на Земле имеет собственное местное звездное время (LST), в зависимости от долготы точки. Поскольку невозможно опубликовать таблицы для каждой долготы, в астрономических таблицах используется гринвичское звездное время (GST), которое является звездным временем на шкале координат. Контрольный меридиан IERS, менее точно называемый Гринвич, или Нулевой меридиан. Есть две разновидности: среднее звездное время, если используются средний экватор и точка равноденствия даты, и кажущееся звездное время, если используются видимый экватор и равноденствие даты. Первый игнорирует эффект астрономическая нутация в то время как последний включает его. Когда выбор местоположения сочетается с выбором включения или выключения астрономической нутации, получаются сокращения GMST, LMST, GAST и LAST.

Имеют место следующие отношения:^[11]

Новые определения среднего по Гринвичу и кажущегося звездного времени (с 2003 г., см. Выше):

${ displaystyle mathrm {GMST} (t_ {U}, t) = theta (t_ {U}) - E _ { mathrm {PREC}} (t)}$

${ displaystyle mathrm {GAST} (t_ {U}, t) = theta (t_ {U}) - E_ {0} (t)}$

где θ угол поворота Земли, E_PREC - накопленная прецессия, а E₀ - уравнение начала координат, которое представляет собой накопленную прецессию и нутацию.^[12] Расчет прецессии и нутации описан в главе 6 Urban & Seidelmann.

Например, Астрономический альманах за 2017 год дал ERA в 0 ч 1 января 2017 г. UT1 как 100 ° 37 ′ 12,4365 ″. GAST составил 6 ч 43 м 20,7 · 109 с. Для GMST часы и минуты были такими же, но секунда была 21.1060.^[10]

Связь солнечного времени и звездных интервалов времени

Эта астрономические часы использует циферблаты, показывающие как звездную, так и солнечное время.

Если определенный интервал я измеряется как в среднем солнечном времени (UT1), так и в звездном времени, численное значение будет больше в звездном времени, чем в UT1, потому что звездные дни короче, чем дни UT1. Соотношение:

${ displaystyle { frac {I _ { mathrm {mean , sidereal}}}} {I _ { mathrm {UT1}}}} = r '= 1.002 , 737 , 909 , 350 , 795 + 5.9006 раз 10 ^ {- 11} t-5.9 times 10 ^ {- 15} t ^ {2}}$

где т представляет количество юлианских веков, прошедших с полудня 1 января 2000 г. Земное время.^[13]

Сидерические дни по сравнению с солнечными днями на других планетах

Из восьми солнечных планеты, Все но Венера и Уран имеют продвигать вращение - то есть они вращаются более одного раза в год в том же направлении, что и вокруг Солнца, поэтому Солнце восходит на востоке.^[14] Однако Венера и Уран ретроградный вращение. Для прямого вращения формула, связывающая длины звездных и солнечных дней, следующая:

или, что эквивалентно:

Но учтите, что при вычислении формулы ретроградного вращения оператором знаменателя будет знак плюс. Потому что орбита будет вращаться вокруг объекта в противоположном направлении.

Все солнечные планеты, более удаленные от Солнца, чем Земля, похожи на Землю в том смысле, что, поскольку они совершают много оборотов за один оборот вокруг Солнца, существует лишь небольшая разница между продолжительностью звездных суток и продолжительностью солнечных суток - отношение первых ко вторым никогда не бывает меньше земного отношения 0,997. Но для Меркурий и Венера. Сидерический день Меркурия составляет около двух третей его орбитального периода, поэтому, согласно прямой формуле, его солнечный день длится два оборота вокруг Солнца - в три раза дольше, чем его звездный день. Венера вращается ретроградно с сидерическими днями продолжительностью около 243,0 земных дня, что примерно в 1,08 раза больше ее орбитального периода, составляющего 224,7 земных дня; следовательно, по ретроградной формуле его солнечные сутки составляют около 116,8 земных суток, а на орбитальный период приходится около 1,9 солнечных суток.

По соглашению периоды вращения планет даны в звездных единицах, если не указано иное.

Смотрите также

• Анти-сидерическое время
• Вращение Земли
• Международная небесная система отсчета
• Ночной (инструмент)
• Сидерический месяц
• Сидерический год
• Синодальный день
• Транзитный инструмент

Заметки

Цитаты

использованная литература

• Астрономический альманах за 2017 год. Вашингтон и Тонтон: Типография правительства США и Гидрографическая служба Великобритании. 2016 г. ISBN  978-0-7077-41666.
• Бакич, Майкл Э. (2000). Кембриджский планетарный справочник. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-63280-3.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
• «Угол вращения Земли». Международная служба вращения Земли и системы отсчета. 2013. Получено 20 марта 2018.
• Пояснительное приложение к эфемеридам. Лондон: Канцелярские товары Ее Величества. 1961 г.
• «Время и частота от А до Я, С до Так». Национальный институт стандартов и технологий.
• Урбан, Шон Э .; Зайдельманн, П. Кеннет, ред. (2013). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху (3-е изд.). Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN  1-891389-85-8.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)

внешние ссылки

• Веб-калькулятор звездного времени