Ежедневно вращение Земли замедляется на 3-4 сантиметра, поэтому продолжительность времени суток увеличивается. Ученые называют несколько причин, влияющих на этот процесс. Одной из них являются океанские приливы и отливы, из-за которых огромные массы воды трутся о поверхность земной коры и незаметно, но верно тормозят её вращение.
Международный коллектив ученых заинтересовался величиной этих отклонений. Для достижения максимальной точности измерений было выбрано местоположение самых удаленных, но хорошо различимых звезд, и с помощью телескопов отмечались изменения в их расположении на протяжении заданного интервала времени. Полученный результат обрабатывался на корреляторе - специальном компьютере высотой в рост человека.
Источником информации для коррелятора являются три региона планеты - городок Веттцель в Баварии, Япония и Норвегия, где расположены радиотелескопы, с помощью которых ученые надеялись впервые точно определить параметры вращения Земли. «Нам необходимы максимально удаленные друг от друга регионы, чтобы максимально повысить точность измерений», - утверждает Вальтер Алеф из института радиоастрономии имени Макса Планка (Бонн).
«Это позволило нам смоделировать единственный в своем роде виртуальный гигантский телескоп с размерами, равными расстоянию между его отдельными компонентами», - объясняет астроном.
В течение одного часа в неделю все три радиотелескопа одновременно занимаются измерениями. Полученная информация затем сравнивается с данными, которые были получены за более продолжительный период. В итоге данные, касающиеся вращения Земли в течение одного часа, экстраполируются на сутки.
Поскольку исследуемый участок небесной сферы постоянно изменяется, это дает возможность ученым выполнять расчеты в сантиметрах или градусах, чтобы не основании результатов вычислить скорость вращения планеты в соответствующий период.
Как известно, земное время соответствует атомному физическому времени, определяемому атомарной частотой колебания цезия. В 1956 году для координации времени было введено так называемое Универсальное координированное время, более известное под названием Всемирное время. Это универсальный стандарт для Земли. Чтобы согласовать Всемирное время с астрономическим, каждые два года к нему добавляется одна секунда.
Однако для современных технологий этой точности уже недостаточно. Нужно каждый день с максимальной точностью определять скорость вращения планеты, чего требуют, например, системы навигации GPS. Даже минимальное отклонение в таких расчетах привело бы к существенным ошибкам в определении местоположения.
Астрономы и геодезисты утверждают, что в настоящее время вращение земли замедляется на 3-4 сантиметра в день, то есть на одну миллисекунду. Сеть радиотелескопов позволит еще больше уточнить это значение.
Здесь, на Земле, люди воспринимают время как что-то само собой разумеющееся. Но на самом деле ведь в основе всего лежит крайне сложная система. Например, то, как люди исчисляют дни и годы, вытекает из того, каково расстояние между планетой и Солнцем, из времени, которое тратится Землей на совершение полного оборота вокруг газового светила, а также времени, которое тратится на совершение движения на 360 градусов вокруг своей оси. Тот же самый метод применим и для остальных планет, находящихся в Солнечной системе. Земляне привыкли считать, что в сутках содержится 24 часа, однако на других планетах продолжительность суток намного отличается. В некоторых случаях они короче, в других - длиннее, порой значительно. Солнечная система полна сюрпризов, и пришло время ее изучить.
Меркурий
Меркурий - это планета, которая располагается ближе всего к Солнцу. Расстояние это может составлять от 46 до 70 миллионов километров. Учитывая тот факт, что Меркурию требуется около 58 земных дней, чтобы обернуться на 360 градусов, стоит понимать, что на этой планете вы сможете увидеть рассвет только раз в 58 дней. Но для того чтобы описать круг около главного светила системы, Меркурию требуется всего 88 земных дней. Это означает, что год на этой планете длится примерно полтора дня.
Венера
Венера, известная также как «близнец Земли», является второй от Солнца планетой. Расстояние от нее до Солнца составляет от 107 до 108 миллионов километров. К сожалению, Венера также является самой медленно вращающейся планетой, что можно заметить при взгляде на ее полюса. В то время как абсолютно все планеты, находящиеся в Солнечной системе, испытали сплющивание на полюсах из-за скорости их вращения, у Венеры не наблюдается его признаков. В итоге Венере требуется около 243 земных дней, чтобы один раз обойти главное светило системы. Это может показаться странным, но планете требуется 224 дня, чтобы совершить полное вращение вокруг своей оси, что означает лишь одно: день на этой планете длится дольше, чем год!
Земля
Когда речь идет о сутках на Земле, люди обычно представляют их как 24 часа, в то время как на самом деле период вращения составляет всего 23 часа и 56 минут. Таким образом, одни сутки на Земле равны где-то 0.9 земным дням. Выглядит странно, однако люди всегда предпочитают простоту и удобство, а не точность. Однако все не так просто, и длина дня может изменяться - иногда она даже на самом деле равна 24 часам.
Марс
Во многих смыслах Марс тоже может быть назван близнецом Земли. Кроме того, что у него имеются снежные полюса, смена сезонов и даже вода (пусть и в замороженном состоянии), день на планете является крайне близким по продолжительности к дню на Земле. Оборот вокруг своей оси занимает у Марса 24 часа, 37 минут и 22 секунды. Таким образом, здесь день чуть-чуть длиннее, чем на Земле. Как уже было сказано ранее, сезонные циклы здесь также очень похожи на земные, поэтому и варианты продолжительности дня будут схожими.
Юпитер
Учитывая тот факт, что Юпитер является крупнейшей планетой Солнечной системы, можно было бы ожидать, что день на нем окажется невероятно продолжительным. Но на самом деле все обстоит совершенно иначе: сутки на Юпитере длятся всего 9 часов, 55 минут и 30 секунд, то есть один день на этой планете составляет примерно треть земного дня. Это происходит из-за того, что данный газовый гигант имеет очень высокую скорость вращения вокруг своей оси. Именно из-за этого на планете также наблюдаются очень сильные ураганы.
Сатурн
Ситуация на Сатурне очень похожа на ту, которая наблюдается на Юпитере. Несмотря на большой размер, планета имеет маленькую скорость вращения, поэтому на один период вращения на 360 градусов у Сатурна уходит всего 10 часов и 33 минуты. Это значит, что один день на Сатурне по продолжительности равен менее чем половине земного дня. И, опять же, высокая скорость вращения приводит к невероятным ураганам и даже постоянному вихревому шторму на южном полюсе.
Уран
Когда речь заходит об Уране, вопрос подсчета продолжительности дня становится затруднительным. С одной стороны, время вращения планеты вокруг своей оси составляет 17 часов, 14 минут и 24 секунды, что немногим меньше стандартного земного дня. И это заявление было бы верным, если бы не сильнейший осевой наклон Урана. Угол этого наклона составляет более 90 градусов. Это означает, что планета движется мимо главной звезды системы фактически на боку. Более того, при таком раскладе один полюс очень долгое время смотрит в сторону Солнца - целых 42 года. В итоге можно сказать, что сутки на Уране длятся 84 года!
Нептун
Последним в списке идет Нептун, и здесь также возникает проблема измерения продолжительности суток. Полное вращение вокруг своей оси планета совершает за 16 часов, 6 минут и 36 секунд. Однако и здесь имеется загвоздка - учитывая тот факт, что планета является газово-ледяным гигантом, ее полюса вращаются быстрее, чем экватор. Выше было обозначено время вращения магнитного поля планеты - ее экватор оборачивается за 18 часов, в то время как полюса завершают круговое вращение за 12 часов.
Все люди, интересующиеся астрономией, знают, что слово "сутки" имеет много разных значений. Например, звёздные сутки, солнечные сутки. Но в последнее время возникли многие новые понятия, для которых используется то же самое слово. В этой статье мы дадим более точные определения.
1. Сутки как единица времени
Прежде всего напомним, что единицей времени в астрономии, как и в других науках, является секунда международной системы единиц СИ - атомная секунда. Приведём определение секунды, как оно дано 13-й Генеральной конференцией мер и весов в 1967 г.:
Если слово "сутки" используется для обозначения единицы времени, оно должно пониматься как 86400 атомных секунд. В астрономии употребляются и более крупные единицы времени: юлианский год - 365.25 суток точно, юлианское столетие - 36525 суток точно. Международный астрономический союз (общественная организация астрономов) в 1976 г. рекомендовал астрономам использовать именно такие единицы времени. Основная шкала времени, Международное атомное время (Time Atomic International, TAI), строится на основе показаний множества атомных часов в разных странах. Следовательно, с формальной точки зрения, основа измерения времени ушла из астрономии. Старые единицы "средняя солнечная секунда", "звёздная секунда" не должны использоваться.
2. Сутки как период вращения Земли вокруг оси
Дать определение такому употреблению слова "сутки" несколько сложнее. Причин тому много.
Во-первых, ось вращения Земли, или, выражаясь научно, вектор её угловой скорости, не сохраняет постоянного направления в пространстве. Это явление носит название прецессии и нутации. Во-вторых, сама Земля не сохраняет постоянной ориентировки относительно вектора её угловой скорости. Это явление называется движением полюсов. Поэтому радиус-вектор (отрезок от центра Земли до точки на поверхности) наблюдателя на поверхности Земли не вернётся через один оборот (и вообще никогда) к прежнему направлению. В-третьих, скорость вращения Земли, т.е. абсолютная величина вектора угловой скрости, тоже не остаётся постоянной. Так что, строго говоря, определённого периода вращения Земли не существует. Но с определённой степенью точности, несколько миллисекунд, можно говорить о периоде вращения Земли вокруг оси.
Кроме того, надо указать направление, относительно которого мы будем отсчитывать обороты Земли. Таких направлений в астрономии сейчас используется три. Это направление на точку весеннего равноденствия, на Солнце и небесное эфемеридное начало.
Период вращения Земли относительно точки весеннего равноденствия называется звёздными сутками. Он равен 23 h 56 m 04.0905308 s . Обратите внимание, что звёздные сутки - это период относительно точки весны, а не звёзд.
Точка весеннего равноденствия сама совершает сложное движение на небесной сфере, поэтому это число следует понимать как среднее значение. Вместо этой точки Международный астрономический союз предложил использовать "небесное эфемеридное начало". Мы не будем давать его определения (оно довольно сложно). Оно выбрано так, чтобы период вращения Земли относительно него был близок к периоду относительно инерциальной системы отсчёта, т.е. относительно звёзд или точнее, внегалактических объектов. Угол поворота Земли относительного этого направления называется звёздным углом. Он равен 23 h 56 m 04.0989036 s , чуть больше звёздных суток на величину, на которую точка весны смещается на небе из-за прецессии за сутки.
Наконец, рассмотрим вращение Земли относительно Солнца. Это самый сложный случай, поскольку Солнце движется на небе не по экватору, а по эклиптике и притом неравномерно. Но эти солнечные сутки, очевидно, и самые важные для людей. Исторически сложилось так, что атомная секунда была подогнана под период вращения Земли относительно Солнца, причём осреднение было сделано приблизительно за 19 век. Этот период равен 86400 единиц времени, которые назывались средними солнечными секундами. Подгонка произошла в два приёма: сначала было введено "эфемеридное время" и "эфемеридная секунда", а затем атомная секунда была положена равной эфемеридной секунде. Таким образом, атомная секунда всё-таки "происходит от Солнца", но атомные часы в миллион раз точнее, чем "земные часы".
Период вращения Земли не остаётся постоянным. Причин для этого много. Это и сезонные изменения в распределении температуры и давления воздуха по земному шару, и внутренние процессы, и внешние воздействия. Различают вековое замедление, декадные (в течение десятилетий) неравномерности, сезонные и внезапные. На рис. 1 и 2 приведены графики, показывающие изменение продолжительности суток в 1700-2000 гг. и в 2000-2006 гг. На рис. 1 прослеживается тенденция к увеличению суток, а на рис. 2 - сезонная неравномерность. Графики основаны на материалах Международной службы вращения Земли и опорных систем (International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS, http://www.iers.org/).
Нельзя ли вернуть основу измерения времени в астрономию и стоит ли это делать? Такая возможность существует. Это пульсары, периоды вращения которых сохраняются с большой точностью. Кроме того, их известно много. Не исключено, что на больших промежутках времени, например, десятилетиях, наблюдения пульсаров послужат уточнению атомного времени и будет создана шкала "пульсарного времени".
Изучение неравномерности вращения Земли очень важно для практики и интересно с научной точки зрения. Например, спутниковая навигация невозможна без знания вращения Земли. А его особенности несут информацию о внутреннем строении Земли. Эта сложная проблема ждёт своих исследователей.
Рис. 1. Отличие периода вращения Земли от 86400 с СИ, в миллисекундах. Данные до начала 20 в. не очень надёжны, но тенденция к увеличению продолжительности суток видна отчётливо.
Красная планета - второе название Марса, который достаточно близко расположен к Земле. Осуществлять наблюдение «соседки» на звёздном небе вполне возможно без телескопа.
Марс, относящийся к Земной группе, является четвёртой планетой от Солнца. Для сравнения: Земля занимает третью позицию в нашей Солнечной системе.
Красная планета - наша «соседка»
Название «красная» в первую очередь связано с её оттенком.
Из-за высокого содержания окислов железа цвет её поверхности слегка красноватый. Что касается относительно Земли, то почти в два раза. Диаметр планеты примерно вполовину меньше Земного.
Сколько длятся сутки на Марсе?
Период обращения Марса вокруг Солнца составляет 687 земных суток. То есть год на Марсе длится практически в два раза дольше, чем на Земле.
Это связано с тем, что дистанция к нему в 1.62 раза больше, чем от нас к Солнцу, и период обращения, естественно, занимает больше времени.
Сколько длятся сутки на Марсе? Продолжительность суток на Марсе достаточно близка к Земным показателям. Только у данной планеты нашей Солнечной системы этот период максимально близок к нам по сравнению с остальными.
Относительно длительности, то сутки на Марсе в часах, привычных для нашего понимания, составят 24 часа 37 минут.
Этот показатель незначительно превышает Земные сутки. Причиной того, сколько длятся сутки на Марсе, в первую очередь является скорость обращения Красной планеты вокруг своей оси.
Продолжительность суток на планетах нашей солнечной системы
То, какую имеют длительность сутки, напрямую зависит от дистанции к Солнцу и скорости вращения вокруг собственной оси каждой планеты. Различают сутки звёздные и солнечные.
Величина различия между ними зависит от сочетания двух факторов - это периоды обращения вокруг Солнца и обращения вокруг своей оси.
Рассмотрим длительность суток и года на других планетах и сравним с тем, сколько длятся сутки на Марсе и Земле.
Первая и самая - это Меркурий. Звёздные сутки на составляют 59 земных суток, а солнечные длятся порядка 176.
Что касается Венеры, то из-за её обращения в противоположную сторону звёздные сутки имеют продолжительность 223 земных суток, а солнечные составляют 117 суток.
Земля же имеет 24 часа в солнечных сутках, звёздные сутки немного короче и составляют 23 часа 56 минут.
Продолжительность суток на Марсе звёздных и солнечных подобна длительности на Земле. И составляют соответственно 24 часа 37 минут и 24 часа и 40 минут. То есть день на Марсе длится 24 часа 40 минут.
Что касается планет-гигантов, то на Юпитере она равна почти десяти часам, на Сатурне - около 10 часов 34 минут. На Нептуне же - примерно 16 часов, и на Уране - 17 часов и 15 минут. Различие между солнечными и звёздными сутками на этих планетах незначительно. Это связано с продолжительным периодом обращения вокруг Солнца.
Как мы видим, из всех планет по длительности, в сравнении с Землёй, наиболее сходен Марс.
День на Марсе, так же как и на нашей планете, на четыре минуты длиннее, чем звёздные сутки.
На остальных планетах различие более значительно, столь большое сходство не наблюдается.
День на Марсе такой же, как и на Земле
В 2023 году планируется В этот раз, в отличие от обычных зондов, исследующих планету, на борту космического корабля полетят люди.
Эта достаточно сложная миссия сопряжена с тем, что условия для проживания людей намного труднее, чем на родной планете, и выход на прогулку в открытое пространство невозможен без средств защиты.
Одним из вопросов по адаптации новых марсианских жителей является реакция организма на то, сколько длятся сутки на Марсе, в отличие от Земных условий.
Будет ли при этом полноценная биологическая адаптация? По мнению физиологов, столь небольшое отличие в 37 минут будет достаточно легко воспринято поселенцами.
Ожидается много сложностей, но, возможно, несмотря на на Марсе, столь похожий на наш, будет напоминать астронавтам родной дом. Недаром Красную планету называют близнецом Земли. Её сходство велико, но пригодность для проживания минимальна.
На фоне высокого уровня радиации для защиты поселенцев планируется строительство жилых комплексов, специально разработанных для защиты от достаточно жёстких условий.
На Марсе практически нет атмосферы, повышенная разряжённость. В воздухе планеты присутствует в основном углекислый газ.
Что касается климата, то он достаточно суров. На экваторе в летнее время температура максимально поднимается до отметки +27 градусов Цельсия.
Благодаря этому смена времён года схожа с привычными здешними условиями. Но все же год на Марсе длиннее земного почти в два раза и составляет почти 687 дней.
Исходя из того, сколько длятся сутки на Марсе, и из общего числа дней в марсианском году, получим, что первые поселенцы увидят Солнце в течение марсианского года 668 раз.
Астронавты будущего
В связи с этим у организаторов и учёных миссии существует ещё одна проблема, которая технически почти решена. Она связана с синхронизацией нашего и Марсианского времени. Научным термином «Сол» называют день на Марсе или продолжительность суток.
Именно таким образом новые жители Марса станут именовать свой день и говорить, что прошло два или три сола. Что же, будем надеяться, что столь грандиозная миссия станет удачной и откроет новую межпланетную эпоху будущего.
Сколько длятся сутки? Вы наверное думаете что ровно 24 часа? Зависит от обстоятельств. Сутки - это период времени, за который Земля совершает один поворот вокруг своей оси.
Так сколько же длятся сутки?
На самом деле один поворот Земли вокруг своей оси никогда не бывает ровно двадцать четыре часа.
В сутках 23 часа 56 минут и 4 секунды. Всю свою жизнь я жил во лжи!
Поразительно, но данный показатель может колебаться в ту или другую сторону на целых пятьдесят секунд! Это потому, что скорость вращения Земли все время меняется - из-за трения, вызываемого синоптическими ситуациями, приливами/отливами и геологическими событиями.
В среднем за год сутки на долю секунды короче, чем двадцать четыре часа.
Когда эти расхождения выявили с помощью атомных часов, было принято решение переопределить секунду как фиксированную долю «солнечных» суток, - точнее, миллионшестьсот-сорокатысячную.
Новая секунда вошла в обиход в 1967 году и определена как «интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями». Точнее не скажешь - только уж больно муторно выговаривать все это в конце долгого дня.
Новое определение секунды означает, что солнечные сутки постепенно сдвигаются по отношению к атомным. В результате ученым пришлось вводить в атомный год так называемую «високосную секунду» (или «секунду координации»), с тем чтобы согласовать атомный год с солнечным.
С 1972 года високосную секунду добавляли уже 23 раза. Представляете, иначе наши сутки увеличились бы уже почти на полминуты. А Земля продолжает замедлять свое вращение. И, по оценкам ученых, в XXIII веке в наших сутках будет 25 часов.
Последний раз «високосная секунда» была добавлена 31 декабря 2005 года по указанию Международной службы оценки параметров вращения и координат Земли, базирующейся в Парижской обсерватории.
Хорошая новость для астрономов и тех из нас, кто любит, когда часы идут в ногу с движением Земли вокруг Солнца, но головная боль для компьютерных программ и всей той аппаратуры, что стоит на космических спутниках.
Идея ввода «високосной секунды» встретила решительный отпор со стороны Международного союза телекоммуникаций, который даже внес официальное предложение полностью отменить ее еще в декабре 2007 года.
Можно конечно дождаться, пока разница между Универсальным координированным временем (UTC) и Средним временем по Гринвичу (GMT) достигнет ровно часа (где-то через 400 лет) и уже тогда привести все в порядок. Ну а пока дебаты вокруг того, что считать «реальным» временем, продолжаются.
источники
http://mirfactov.com/v-sutkah-ne-byivaet-rovno-24-chasa/
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D1%82%D0%BA%D0%B8
