Презентация к уроку астрономии "Время и календарь"

Время и календарь

Единицы измерения времени

•Время - основная физическая величина, характеризующая последовательную смену явлений и состояний материи, длительность их бытия.

• С введением в 1967 году атомного стандарта времени и Международной системы СИ в физике используется атомная секунда.

•Секунда - физическая величина, численно равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 .

•Для измерения времени был нужен периодически повторяющийся процесс или явление. В природе легче всего наблюдать три таких явления: смену дня и ночи, смену фаз Луны и смену времен года. Отсюда появились три единицы - сутки, месяц и год.

•Сутки - промежуток времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг своей оси относительно какого-либо ориентира.

Солнечные сутки

•Истинные солнечные сутки - промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями центра диска Солнца.

•Средние солнечные сутки - промежуток времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца - фиктивной точки, перемещающейся равномерно по небесному экватору.

•Истинное солнечное время связано со средним солнечным уравнением времени:

η=T_λ-T_

Часовые пояса

•Поверхность Земли разбита на 24 участка, ограниченных меридианами - часовые пояса. Нулевой часовой пояс расположен симметрично относительно нулевого (гринвичского) меридиана. Нумерация поясов дается от 0 до 23 с запада на восток. Реальные границы поясов совмещены с административными границами районов, областей или государств. Центральные меридианы часовых поясов отстоят друг от друга ровно на 15° (1 час), поэтому при переходе из одного часового пояса в другой время изменяется на целое число часов, а число минут и секунд не изменяется. Новые календарные сутки (и Новый год) начинаются на линии перемены даты (демаркационной линии), проходящей в основном по меридиану 180° восточной долготы вблизи северо-восточной границы Российской Федерации. Западнее линии перемены дат число месяца всегда на единицу больше, нежели к востоку от нее. При пересечении этой линии с запада на восток календарное число уменьшается на единицу, а при пересечении линии с востока на запад календарное число увеличивается на единицу, что исключает ошибку в счете времени при кругосветных путешествиях и перемещениях людей из Восточного в Западное полушария Земли.

Гражданское время

Местное среднее солнечное время гринвичевского меридиана принято в качестве всемирного времени.

T_λ-= T₀ - λ(в часах)

•Поясное время определяется по формуле:

T_n = T₀ + n , где Т₀ - всемирное время; n - номер часового пояса.

•Декретное время - поясное время, измененное на целое число часов правительственным распоряжением от 1930г. Для России равно поясному, плюс 1 час. T_д = T₀ + n +1

•Московское время - декретное время второго часового пояса (плюс 1 час): Tм = T₀ + 3 (часа).

•Летнее время - декретное поясное время, изменяемое дополнительно на плюс 1 час по правительственному распоряжению на период летнего времени с целью экономии энергоресурсов.      T_л = T₀ + n +2 =       T_д + 1

Звездное время                            ^NS

Звездные сутки -  как интервал времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия.  Звездные сутки начинаются в момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.

Звездные сутки измеряются часовым углом точки весеннего равноденствия:

S = t _в.н. ; S = α _* + t_*

Если звезда находится в верхней кульминации, t=0, S= α.

В любой момент время равно прямому восхождению звезды, находящейся в этот момент в верхней кульминации.

Т.к. Солнце непрерывно движется относительно звезд  с запада к востоку, звездные сутки короче солнечных на 3^м 56^с.55. За год этот составляет одни сутки, т.е. в году звездных суток на единицу больше солнечных.

Звездное время S₀ на начало солнечных суток приводится в календарях и может быть грубо рассчитано по формуле:

S₀ =6^h40^m + 2^hD,    где D-, дата выраженная в месяцах и долях месяца.

Отсюда находится звездное время на любой момент времени:                                                                                                                                                        S ≈ S₀ + T_λ

Определение географической долготы

В следствие вращения Земли разность между моментами наступления полдня или кульминаций звезд с известными экваториальными координатами в 2 пунктах равна разности географических долгот пунктов, что дает возможность определения долготы данного пункта из астрономических наблюдений Солнца и других светил и, наоборот, местного времени в любом пункте с известной долготой.

Географическая долгота местности отсчитывается к востоку от "нулевого" (гринвичского) меридиана и численно равна промежутку времени между одноименными кульминациями одного и того же светила на гринвичском меридиане и в пункте наблюдения: λ =  s _λ - s₀, где s _λ - звездное время в точке с данной географической широтой, s₀ - звездное время на нулевом меридиане.

Чтобы определить географическую долготу местности, необходимо определить момент кульминации какого-либо светила (обычно Солнца) с известными экваториальными координатами. Переведя с помощью специальных таблиц или калькулятора время наблюдений из среднего солнечного в звездное и зная по справочнику время кульминации этого светила на гринвичском меридиане, мы без        труда определим долготу местности.

Месяц

•Луна движется вокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси: с запада на восток. Отображением этого движения является видимое перемещение Луны на фоне звезд навстречу вращению неба. Каждые сутки Луна смещается к востоку на 13° относительно звезд и за 27,3 суток совершает полный круг. Так была установлена вторая после суток мера времени - месяц .

•Сидерический (звездный) лунный месяц - период времени, в течение которого Луна совершает один полный оборот вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Равен 27d07h43m11,47s.

•Синодический (календарный) лунный месяц - промежуток времени между двумя одноименными последовательными фазами (обычно новолуниями) Луны. Равен 29d12h44m2,78s.

Год

•В результате наблюдений за изменением положения Солнца над горизонтом в течение многих месяцев возникла третья мера времени - год.

•Год - промежуток времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг Солнца относительно какого-либо ориентира (точки).

•Звездный год - сидерический (звездный) период обращения Земли вокруг Солнца, равный 365,256320... средних солнечных суток.

•Аномалистический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего Солнца через точку своей орбиты (обычно, перигелий), равен 365,259641... средних солнечных суток.

•Тропический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего Солнца через точку весеннего равноденствия, равный 365,2422... средних солнечных суток или 365d05h48m46,1s.

Часы древнего мира

•Первыми приборами для измерения времени были солнечные часы. Простейшие солнечные часы - гномон - представляют собой вертикальный шест в центре горизонтальной площадки с делениями.

•Наклонив площадку так, чтобы шест от гномона был нацелен на полюс мира, получаются экваториальные солнечные часы, в которых скорость движения тени равномерна.

•Песочные часы отличаются простотой конструкции и точностью, но громоздки и "заводятся" лишь на короткое время.

• Огненные часы представляют собой спираль или палочку из горючего вещества с нанесенными делениями.

•Водяные часы (клепсидры) применялись во всех странах Древнего мира.

Приборы измерения времени

•Механические часы с гирями и колесами были изобретены в Х-XI веках. В России первые башенные механические часы были установлены в московском Кремле в 1404 году монахом Лазарем Сорбиным.

•Маятниковые часы изобрел в 1657 году голландский физик и астроном Х. Гюйгенс.

•Механические часы с пружиной изобрели в XVIII веке.

•В 30-е годы нашего века изобрели кварцевые часы.

•В 1954 году в СССР возникла идея создания атомных часов - "Государственного первичного эталона времени и частоты". Они были установлены в научно-исследовательском институте под Москвой и давали случайную ошибку в 1 секунду раз в 500000 лет.

•Еще более точный атомный (оптический) стандарт времени был создан в СССР 1978 году. Ошибка в 1 секунду происходит раз в 10000000             лет!

Потребность в календаре

•Календарь - непрерывная система счисления больших промежутков времени, основанная на периодичности явлений природы, особенно отчетливо проявляющейся в небесных явлениях (движении небесных светил). С календарем неразрывно связана вся многовековая история человеческой культуры.

•Потребность в календарях возникла в такой глубокой древности, когда человек не умел еще читать и писать. Календари определяли наступление весны, лета, осени и зимы, периоды цветения растений, созревания плодов, сбора лекарственных трав, изменений в поведении и жизни животных, изменения погоды, время земледельческих работ и многое другое.

•Календари отвечают на вопросы: "Какое сегодня число?", "Какой день недели?", "Когда произошло то или иное событие?" и позволяют регулировать и планировать жизнь и хозяйственную деятельность людей.

Лунный календарь

•В основе лунного календаря лежит синодический лунный месяц продолжительностью 29,5 средних солнечных суток. Возник свыше 30000 лет назад. Лунный год календаря содержит 354 (355) суток (на 11,25 суток короче солнечного) и делится на 12 месяцев по 30 (нечетные) и 29 (четные) суток в каждом (в мусульманском календаре они называются: мухаррам, сафар, раби аль-авваль, раби ас-сани, джумада аль-уля, джумада альахира, раджаб, шаабан, рамадан, шавваль, зуль-каада, зуль-хиджжра). Поскольку календарный месяц на 0,0306 суток короче синодического и за 30 лет разница между ними достигает 11 суток, в арабском лунном календаре в каждом 30-летнем цикле насчитывается 19

"простых" лет по 354 суток и 11 "високосных" по 355 суток (2-й, 5-й, 7-й, 10-й, 13-й, 16-й, 18й, 21-й, 24-й, 26-й, 29-й годы каждого цикла). Турецкий лунный календарь менее точен: в его 8 –летнем цикле 5 "простых" и 3 "високосных" года.

•Новогодняя дата не фиксируется (медленно перемещается из года в год): так, 1421 год хиджжры начался 6 апреля 2000 г. и закончился 25 марта 2001 года.

•Лунный календарь принят в качестве религиозного и государственного в мусульманских государствах. Для планирования и регулирования хозяйственной деятельности параллельно применяются солнечный и лунно-солнечный календари.

Юлианский солнечный календарь

•Солнечный календарь, в основу которого положен тропический год. Возник свыше 6000 лет назад. В настоящее время принят в качестве мирового календаря.

•Юлианский солнечный календарь "старого стиля" содержит 365,25 суток. Разработан александрийским астрономом Созигеном, введен императором Юлием Цезарем в Древнем Риме в 46 г. до н.э. и распространился затем по всему миру.

•На Руси был принят в 988 г. н.э.

•В юлианском календаре продолжительность года определяется в 365,25 суток; три "простых" года насчитывают по 365 суток, один високосный - 366 суток. В году 12 месяцев по 30 и 31 день каждый (кроме февраля).

•Юлианский год отстает от тропического на 11 минут 13,9 секунды в год. За 1500 лет его применения накопилась ошибка в 10 суток.

Григорианский солнечный календарь

•В григорианском солнечном календаре "нового стиля" продолжительность года составляет 365, 242500 суток.

•В 1582 году юлианский календарь по указу Папы Римского Григория XIII был реформирован в соответствие с проектом итальянского математика Луиджи Лилио Гаралли (1520-1576 гг.).

•Счет дней передвинули на 10 суток вперед и условились каждое столетие, не делящееся на 4 без остатка: 1700, 1800, 1900, 2100 и т. д. не считать високосным. Тем самым исправляется ошибка в 3 суток за каждые 400 лет. Ошибка в 1 сутки

"набегает" за 2735 лет. Новые столетия и тысячелетия начинаются с 1 января "первого" года данного столетия и тысячелетия: так, XXI век и III тысячелетие нашей эры (н.э.) начнется 1 января 2001 года по григорианскому календарю.

•Перевод дат юлианского календаря на григорианский календарь осуществляется по формуле: Т_Г = Т_Ю + n, n = C-C₁/4 -2,  где Т_Г и Т_Ю – даты по григорианскому и юлианскому календарю; n – целое число дней, С – число полных прошедших столетий, С₁ - ближайшее число столетий, кратное четырем.

Другие солнечные календари

Другими разновидностями солнечных календарей являются:

•Персидский календарь, определявший продолжительность тропического года в 365,24242 суток; 33-летний цикл включает в себя 25 "простых" и 8 "високосных" лет. Значительно точнее григорианского: ошибка в 1 год "набегает" за 4500 лет. Разработан Омаром Хайямом в 1079 году; применялся на территории Персии и ряда других государств до середины XIX века.

•Коптский календарь похож на юлианский: в году насчитывается 12 месяцев по 30 суток; после 12 месяца в "простом" году добавляется 5, в "високосном" – 6 дополнительных дней. Используется в Эфиопии и некоторых других государствах (Египет, Судан, Турция и т.д.) на территории проживания коптов.

Лунно-солнечный календарь

•В лунно-солнечном календаре  движение Луны согласовывается с годичным движением Солнца.

•Год состоит из 12 лунных месяцев по 29 и по 30 суток в каждом, к которым для учета движения Солнца периодически добавляются "високосные" годы, содержащие дополнительный 13-й месяц. В результате "простые" годы продолжаются 353, 354, 355 суток, а "високосные" - 383, 384 или 385 суток.

•Возник в начале I тысячелетия до н.э., применялся в Древнем Китае, Индии, Вавилоне, Иудее, Греции, Риме.

•В настоящее время принят в Израиле (начало года приходится на разные дни между 6 сентября и 5 октября) и применяется, наряду с государственным, в странах Юго-Восточной Азии (Вьетнаме, Китае и т.д.).

Восточный календарь

•Восточный лунно-солнечно-планетный 60-летний календарь основан на периодичности движения Солнца, Луны и планет Юпитера и Сатурна.

•Возник в начале II тысячелетия до н.э. в Восточной и Юго-Восточной Азии. В настоящее время используется в Китае, Корее, Монголии, Японии и некоторых других странах данного региона.

•В 60-летнем цикле современного восточного календаря насчитывается 21912 суток (в первых 12-ти годах содержится 4371 суток; во вторых и четвертых – 4400 и 4401суток; в третьих и в пятых – 4370 суток). В этот промежуток времени укладывается два 30-летних цикла Сатурна (равных сидерическим периодам его обращения Т_{Сатурна} = 29,46 ≈ 30 лет), приблизительно три 19-летних лунносолнечных цикла, пять 12-летних циклов Юпитера (равных сидерическим периодам его обращения Т_{Юпитера} = 11,86 ≈ 12 лет) и пять 12-летних лунных циклов.

•Количество дней в году непостоянно и может составлять в "простые" годы 353, 354, 355 суток, в високосные 383, 384, 385 суток. Начало года в разных государствах приходится на различные даты с 13 января по 24 февраля. Текущий 60-летний цикл начался в 1984 году.

Календарь Майя и Ацтеков

•Центральноамериканский календарь культур индейцев майя и ацтеков применялся в период около 300–1530 гг. н.э. Основан на периодичности движения Солнца, Луны и синодических периодов обращения планет Венеры (584^d) и Марса (780^d).

•"Длинный" год продолжительностью 360 (365) суток состоял из 18 месяцев по 20 суток в каждом и 5 праздничных дней - «смены власти богов». Параллельно в культурно-религиозных целях использовался "короткий год" из 260 суток (1/3 синодического периода обращения Марса) делился на 13 месяцев по 20 суток в каждом; "номерные" недели состояли из 13 дней, имевших свой номер и название.

•Сочетание всех этих промежутков повторялось каждые 52 года. За начало летоисчисления у майя бралась мифическая дата 5 041738 г. д.н.э.

•Периоды времени у майя: 1 кин=1 день, 1 виналь - 20 кин, 1тун= 1 виналь * 18  = 360кинов, катун = 20 тун (20 лет), алавтун = 64000000 лет!

•Продолжительность тропического года была определена с высочайшей точностью в 365,2420       ^d (ошибка в 1 сутки на накапливается за 5000 лет     , а в нынешнем в григорианском - 2735 лет!); лунного синодического месяца – 29,53059^d .

Идеальный календарь

•Существующие календари имеют многочисленные недостатки в виде:

недостаточного соответствия продолжительности тропического года и датам астрономических явлений, связанных с движением Солнца по небесной сфере, неравной и непостоянной продолжительности месяцев, несогласованности чисел месяца и дней недели, несоответствия их названий положению в календаре и т.д.

•Идеальный вечный календарь обладает неизменной структурой, позволяющей быстро и однозначно определять дни недели по любой календарной дате летоисчисления. Одним из наилучших проектов вечных календарей был рекомендован к рассмотрению Генеральной Ассамблеей ООН в 1954 году: при схожести с григорианским календарем он был проще и удобнее. Тропический год делится на 4 квартала по 91 сутки (13 недель). Каждый квартал начинается с воскресения и кончается субботой; состоит из 3 месяцев, в первом месяце 31 сутки, во втором и третьем – 30 суток. В каждом месяце 26 рабочих дней. Первый день года всегда воскресение. Он оказался не реализован по религиозным соображениям. Введение единого Всемирного вечного календаря остается одной из проблем современности.

Летоисчисление: эпохи

•Начальная дата и последующая система летоисчисления называются эрой.

•Начальную точку отсчета эры называют ее эпохой.

•С древних времен начало определенной эры (известно более 1000 эр в различных государствах различных регионов Земли, в том числе 350 – в Китае и 250 в Японии) и весь ход летоисчисления связывался с важными легендарными, религиозными или (реже) реальными событиями: временем царствования определенных династий и отдельных императоров, войнами, революциями, олимпиадами, основанием городов и государств, "рождением" бога (пророка) или "сотворением мира".

•За начало китайской 60-летней цикловой эры принята дата 1-го года царствования императора Хуанди - 2697 г. до н.э.

•В Древней Греции счет времени велся по олимпиадам, с эпохи 1 июля 776 г. до н.э.

•В Древнем Вавилоне "эра Набонассара" началась 26 февраля 747 г. до н.э.

Летоисчисление: эпохи

•В Римской империи счет велся от "основания Рима" с 21 апреля 753 г. до н.э. и с дня воцарения императора Диоклетиана 29 августа 284 г. н.э.

•В Византийской империи и позднее, по традиции, на Руси – с принятия христианства князем Владимиром Святославовичем (988 г. н.э.) до указа Петра I (1700 г. н.э.) счет лет велся "от сотворения мира": за начало отсчета была принята дата 1 сентября 5508 г. до н.э (первый год "византийской эры").

•В Древнем Израиле (Палестине) "сотворение мира" произошло попозже: 7 октября 3761 г. до н.э (первый год "еврейской эры"). Существовали и другие, отличные от наиболее распространенных вышеуказанных эр "от сотворения мира".

•Рост культурно-экономических связей и широкое распространение христианской религии на территории Западной и Восточной Европы породили необходимость в унификации систем летоисчисления, единиц измерения и счета времени.

Летоисчисление: эры

•Современное летоисчисление – "наша эра", "эра от Рождества Христова" (Р.Х.), Anno Domeni (A.D. – "год господа") – ведется от произвольно выбранной даты рождения Иисуса Христа. Поскольку ни в одном историческом документе она не указана, а Евангелия противоречат друг другу, ученый монах Дионисий Малый в 278 г. эры Диоклетиана решил "научно", на основе астрономических данных вычислить дату эпохи. В основу расчетом была положены: 28-летний "солнечный круг" – промежуток времени, за который числа месяцев приходятся точно на те же дни недели, и 19-летний "лунный круг" – промежуток времени, за который одинаковые фазы Луны приходятся на одни и те же дни месяца. Произведение циклов "солнечного" и "лунного" круга с поправкой на 30-летнее время жизни Христа (28’19S + 30 = 572) дало начальную дату современного летоисчисления.

• Счет лет согласно эре "от Рождества Христова" "приживался" очень медленно: вплоть до XV века н.э. (т.е. даже 1000 лет спустя) в официальных документах Западной Европы указывалось 2 даты: от сотворения мира и от Рождества Христова (A.D.).

Летоисчисление: эры

•В мусульманском мире за начало летоисчисления принято 16 июля 622 года нашей эры – день "хиджжры" (переселения пророка Мохаммеда из Мекки в Медину).

•Перевод дат из "мусульманской" системы летоисчисления Т_М в "христианскую" (григорианскую) Т_Г можно осуществить по формуле:

Т_Г = Т_М - Т_М /33 + 621 (лет).

•Для удобства астрономических и хронологических расчетов с конца XVI века применяется предложенное Ж. Скалигером летоисчисление юлианского периода (J. D.). Непрерывный счет дней в нем ведется с 1 января 4713 г. до н.э.

•Моменты минимумов и максимумов переменных звезд в справочниках приводятся в JD.

Список литературы

•М.М. Дагаев и др. Астрономия. - М.: «Просвещение», 1981г.

•А.И Еремеева, Ф.А. Цицин. История астрономии.-  М.: Издательство МГУ, 1989

•И.А. Климишин. Элементарная астрономия. - М.: «Наука», 1991г.

•И.А. Климишин. Календарь и хронология. - М.: «Наука», 1981г.

•Методика преподавания урока «Время и календарь», 

URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1177040/chapter3_6.html