Тропска година

Тропска година, синодичка година или сончева година (365 д 5 ч 48 мин 46 с = 365,24219 д) – е времето меѓу две последователни поминувања на Сонцето низ пролетната точка. Ѕвездената година е важна во механиката на движење на планетите, додека тропската година е раздобје во кое се менуваат годишните времиња и е важна за секојдневниот живот. Нивната разлика е предизвиката од прецесијата на Земјата. Земјината прецесија доведува до разлика меѓу тропската (сончева) и ѕвездената (сидеричка) година. Ѕвездената година е времето потребно Сонцето на небесната сфера да помине полн агол, или со други зборови, времето на обиколување на Земјата околу Сонцето во однос на некој зададен правец во просторот (на пр. во однос на пролетната точка). Кај тропската година Сонцето поминува на небесна сферанебесната сфера агол кој од полниот агол е помал колку што изнесува Земјината прецесија. Аголот од 360° - 50,25" Сонцето го поминува за времетраење на тропската година од 365,2422 дена, а аголот од 360° за време на ѕвездената година. Ѕвездената година е подолга од тропската околу 20 минути.

Синодичкиот ден (Сончевиот ден) е подолг од сидеричкиот ден (ѕвездениот ден). Во времето од 1 до 2, Земјата целосно се врти околу својата оска за 360° (1→2 = сидерички и ѕвезден ден). Но, дури за отприлика 4 минути подоцна во положбата 3, Земјата ја досегнала кулминацијата (пладне) во однос на Сонцето (1→3 = синодички или Сончев ден).

Земјиното вртење е причина за привидното вртење на небесната сфера и промената на денот и ноќта.

Приказ на положбата на Земјата и Сонцето за 4 годишни времиња.

Карта на часовните појаси на светот (од јануари 2015 година).

Небесниот свод се движи по крива, која е резултанта на заемното делување на ротацијата (зелено), Земјината прецесија (сино) и нутацијата (црвено).

Земјина прецесија

Историја

При крајот на својата кариера, Хипарх ја напишал книгата Peri eniausíou megéthous (За должината на годината) за своите резултати. Воспоставената вредност за тропската година, која ја вовел Калип 330 г.пр.н.е или порано, била 365 + 1/4 дена. Хипарховото посматрање на рамноденицата (еквиноциј) дало различни резултати, но самиот тој истакнал (се наведува во Алмагест III.1(H195)) дека грешките во неговото и посматрањето на неговите претходницине може да бидат поголеми од ¼ ден. Затоа користел постари посматрања на сонцестојот (солстициумот) и одредил разлика од околу еден ден во околу 300 години. Ја одредил должината на тропската година на 365 дена+1/4 - 1/300 дена (= 365,24666... дена = 365 д 5 ч 55 мин, која се разликува од стварната должина (современа проценка) од 365,24219... дена = 365 д 5 ч 48 мин 45 с само за околу 6 минути).

Во времето на папата Григориј XIII (1582) било променето правилото на престапните години: секуларните (вековните, делови со 100) години, инаку деливи со 4, не биле повеќе престапни, освен ако не се деливи и со 400. Со ова траењето на средната година се скратува на 365,2425 дена (365 д 5 ч 49 мин и 12 с). Ова е многу поблиску до правата вредност на годината, така што е потребно преку три илјади години грешката да се натрупа на еден ден (траењето на тропската година се скратува, што ќе влијае на прецизноста на календарот). Овој нов календар бил синхронизиран со старите годишни времиња, заради што морал да прескочи 10 дена. Реформата набрзо ја прифатиле католичките земји, а протестантските во 18 век, кога разликата изнесувала 11 дена, што предизвикало и протести.

Сончево и ѕвездено време

Во секојдневното делување, најважниот период на времето се одредува со промената на светлината и темницата (дневна измена на инсолација). Положбата на Сонцето на небесната сфера претставува стрелка со која се одредува добата на денот. Пресметувањето на времето почнува на полноќ, во моментот кога Сонцето се наоѓа во долна кулминација. Сончевиот ден (синодички ден) е времето меѓу две Сончеви последователни идентични кулминации (горната на пладне или долната на полноќ). Слично на тоа, ѕвездениот ден (сидерички ден) е времето за кое некоја ѕвезда ќе направи полн круг, или поточно речено пролетната точка. Сончевото време служи во секојдневните животни активности. Знаејќи го моментот на сончевата светлина, може да се одреди положбата на Сонцето на небото. Може да изгледа дека дека тоа не е проблем, бидејќи Сонцето над хоризонтот лесно се гледа. Но кај ѕвездите не е така. Ѕвездите се многу пократко видливи од Сонцето. Ѕвезденото време е потребно за да се одреди положбата на ѕвезда не само во астрономијата, туку и во геодезијата и навигацијата.

Ѕвездено време

Показател на ѕвезденото време е пролетната точка. Ѕвезденото време е еднакво на саатниот агол на пролетната точка. Ѕвездениот ден почнува кога пролетната точка е во горна кулминација. Ѕвезденото време е постојано поврзано со саатниот агол и ректасцензијата на ѕвездата. Ограничено е на периодот од 0 до 24 часот. Ѕвезденото време тече толку рамномерно колку што Земјата се врти рамномерно. Текот на ѕвезденото време е одредено само со вртењето на Земјата околу ѕвездата. Во текот на времето постојат мали промени. Има три причини за тоа. Еден е ефектот на плимата. При движењето на плимните бранови доаѓа до триење меѓу водените маси и дното. Со триењето се губи дел од кинетичката енергија на вртење, па се успорува. Појавата се отчитува на вековни периоди. Потоа, постојат сезонски промени на брзината на вртење бидејќи зависно од годишното време се менуваат јачините и правците на ветровите и морските струи. Заради тоа вртењето се успорува или забрзува во текот на годината, во зависност од тоа дали струењета му помагаат или одмагаат на Земјиното вртење. Третата причина се крие во движењето на Земјината внатрешност и во физичкиот простор на Земјината околина.

Сончевиот ден е одреден не само со Земјиното вртење околу сопствената оска, туку и со Земјината годишна патека околу Сонцето. Притоа Земјата прави еден круг повеќе околу својата оска, во однос на пролетната точка (или ѕвезда) отколку во однос на Сонцето. Обиколувањето околу Сонцето прави еден додатен круг на Земјата спрема системот ѕвезди. Тоа значи дека бројот на ѕвездени денови во тропската година ќе биде за еден поголем од бројот на Сончеви денови во тропската година:

(T + 1) ѕвезден ден = T Сончев ден

каде T - тропска или сончева година која изнесува 365 дена 5 часа 48 минути 46 секунди = 365,24219 дена, па се добива:

1 ѕвезден ден = 23 h 56 min 4 s

Ѕвездениот ден се дели само по себе на 24h ѕвездено време, а часовите, минутите и секундите ѕвездено време исто така траат пократко од часовите, минутите и секундите Сончево време:

1 ѕвезден час = 59 min 50 s

1 ѕвездена минута = 59.8 s

Ѕвезденото време зависи од годишното време. Оној момент кога Сонцето е во пролетната точка со која заедно поминува низ горната кулминација пладне е (12 часот Сончево време), но истовременот е и почеток на ѕвездениот ден (0 часот ѕвездено време). Наредниот ден Сонцето ќе биде поисточно од пролетната точка бидејќи тоа меѓу ѕвездите се движи на исток, па во дневното вртење на небото „ќе заостанува“ зад ѕвездите и подоцна ќе помине од пролетната точка. Кога аголот меѓу сатниот круг на пролетната точка и Сонцето ќе порасне на 90° (почеток на летото), ѕвезденото време ќе биде „помладо“ од Сончевото за 6 часа. Кога ќе порасне на 180° (почеток на есента), ѕвезденото време е еднакво на Сончевото. Кога разликата ќе достигне 270° (почеток на зимата), ѕвезденото време ќе биде за 6 часа „постаро“ од Сончевото.

Среден Сончев ден

Сонцето не се движи со рамномерна брзина по еклиптиката, а еклиптиката не се совпаѓа со небесниот екватор. Сонцето не се движи рамномерно по еклиптиката бидејќи неговото привидно движење само го одразува правото движење на Земјата околу Сонцето. Земјата се движи со променлива брзина по еклиптичката патека. Затоа Сонцето не поминува секој ден еднакви агли по еклиптиката. Сонцето исто така ја менува својата аголна оддалеченост од небесниот екватор. Тоа значи дека тоа освен движењето напоредно со небесниот екватор прави и движење во правец нормален на екваторот. Дневните поместувања на север или на југ од небесниот екватор се најголеми во време на рамноденицата, а во време на сонцестојот Сонцето се движи напоредно со небесниот екватор. На пример, ден после почетокот на пролетта, Сонцето ќе се најде нешто посеверно од небесниот екватор. Дневните поместувања на север или на југ од небесниот екватор, а во време на сонцестојот Сонцето се движи напоредно со небесниот екватор. Тоа значи, и кога Сонцето би се движело рамномерно по еклиптиката, неговата проекција на небесниот екватор не би се движела рамномерно.

Затоа правите Сончеви денови не траат еднакво. Средниот Сончев ден (или едноставно ден) е просек на сите прави Сончеви денови во текот на тропската година. Денес траењето на средниот Сончев ден се следи со помош на атомски часовници. Во 1967 година било договорено наместо секунда одредена со движењето на Земјата, како единица за време да се користи атомска секунда или секунда одредена со атомски часовник. Таа секунда е поврзана со траењето на тропската година во 1900 година. Секунда се смета разделот на времето кој бил 31 556 925.9747 пати содржан во таа тропска година. Бидејќи должината на денот и тропската година се менуваат со време, заради усогласување на времето на денот со календарот, во календарскиот ден се уфрла додатна (прекубројна) секунда.

Равенка на времето

Природните појави, како што се изгревањето и заоѓањето на Сонцето, горната кулминација (право месно пладне), зависат од движењето на Сонцето. За да момент на денот се поврзе со саатната кружница на која се наоѓа Сонцето, востановена е разлика на правото и средното Сончево време. Разликата е позната под називот равенка на времето:

Равенка на времето = право Сончево време - средно Сончево време

Средно Сончево време

Бидејќи секое време, и ѕвезденото и Сончевото, се мери со саатниот агол (во однос на меридијанот на посматрачот), тоа е со локален (месен) карактер. Секоја географска должина има свое време. Ако кај нас е пладне, западно од нас ќе биде сè уште утро, а источно од нас ќе биде попладне. Секои 15° географска должина носи разлика во месното време од 1 час. Затоа на некоја географска должина λ, средното Сончево време е еднакво:

Тм = УТ ± λ

Кај источните географски должини предзнакот е позитивен, кај западните негативен. Светското или универзално време УВ (англиски: Universal Time) е средното Сончево време на нултиот меридијан или гринички меридијан. Географската должина λ треба да се изрази во временски единици користејќи ги следните односи: 1 х = 15°; 1 мин = 15'; 1 с = 15"; 1° = 4 мин; 1' = 4 с; 1" = 0.066 с.

Координирано светско време КСВ

Во општествените заедници воспоставено е појасно или зонско време. Наместо секое место да се порамнува по своето средно Сончево време кое започнува на месната полноќ, цели држави или нивни делови имаат заедничко време. Целата Земја е распределена во 24 часовни појаси или појаси. Средишните меридијани на часовните појаси се раздвоени меѓу себе на 15°. Во рамките на секоја зона се почитува единствено време. Поедини држави вовеле и летно сметање на времето (ЛСВ), со што во текот на летните месеци, стрелките обично се поместуваат за еден час нанапред во однос на координираното светско време. Во Македонија се применува средноевропското време (СЕВ) или КСВ+1, кое е одредено со средното Сончево време за источната географска должина од 15° Е, а од 1983 година се применува и летно сметање на времето. Кога се сака да се искаже временски след на појави забележани на различни географски должини, како и правите временски разлики, моментот на времето се изразува со помош на координираното светско време.

Право Сончево време

Односите на правото и средното Сончево време, месното и зонското, се користат кога се сака да се знае колку е часот во моментот на право време. Граѓанското време кое се применува е средно Сончево време само за одреден меридијан.

Датумска граница

Полноќта во часовниот појас го одвојува минатиот од идниот ден. Значи, постои една природна граница на датум која непрекинато се движи од еден часовен појас до друг. Затоа на Земјата мора да постои уште една граница, датумска граница, бидејќи две подрачја на Земјата, кои истовремено имаат два различни датуми, мора да се сочелуваат на две, а не само на една граница. Затоа е поставена цврста датумска граница, и тоа во најретко населеното подрачје на Тихиот Океан. На двете страни на границата во текот на денот е исто време бидејќи инсолацијата е иста, но се среќаваат два различни датуми. Се изведува правило деки при преминот на датумската граница треба да се одземе еден ден ако се патува од запад на исток, а да се додаде еден ако се патува од исток на запад. Со патува на исток, патникот завлегува во подрачје на сè „постар“ ден, мора постајано да ја поместува саатната стрлка нанапред, па на цел круг околу Земјата се полни еден ден. Затоа стекнува еден ден повеќа, па при премин на датумската граница мора да го одбие.

Земјина прецесија и нутација

Освен кружењето (ротацијата) и обиколувањето на Сонцето (револуција), Земјата покажува уште еден вид движење. Нејзината оска исто така непрестајно се движи и опишува стожец околу пола еклиптика, и тоа во смисла на лев винт кој напредува на север. Вршниот полуагол на стожецот еднаков е на нагибот на еклиптиката (еклиптиката е навалена под агол од 23°27′ кон небесниот екватор). Заради тоа задвижување во иста смисла се задвижува и пресекот на рамнината на еклиптиката со небесниот екватор, а со него и пролетната точка. Затоа пролетната точка го менува местото меѓу ѕвездите. Поместувањето на пролетната точка се одвива во насока на дневното вртење на небото, а тоа токму спротивно од привидното, годишното движење на Сонцето: пролетната точка се движи на запад, а Сонцето на исток. Тоа значи дека пролетната точка оди кон Сонцето, или пред Сонцето. Оттука потекнува латинското име на таа појава, бидејќи praecedere значи оди напред.

Земјината прецесија ја толкува механиката на вртечко кружно тело. Најсилно влијае на неа покажуваат Месечината и Сонцето. Влијанието на Месечината е посилно затоа што е многу поблиску. Заедничкиот учинок на Месечината и Сонцето се нарекува месечево-сончева прецесија. Но додека Сонцето секогаш се наоѓа во рамнината на еклиптиката, патеката на Месечината кон неа е навалена отприлика за 5°. Оттука доаѓа до периодична промена на Месечиновото влијание во период од 18,66 година (тоа е периодот на регресија на јазлите на патеката на Месечината), па пресецискиот конус не е сосем мазен, туку исполнет со набори. Појавата на набори се нарекува нутација.

Општа прецесија

Големината на месечево-сончевата прецесија изнесува 50,37" на година. Тоа е аголот за кој би се поместила пролетната точка по еклиптиката кога би делувале само Месечината и Сонцето. Но влијаат и планетите. Нивниот учинок или планетарната прецесија се истакнува како промена на положбата на рамнината на еклиптиката. Под привлечната сила на планетите, Земјата се ниша околу 0,05" на година (во денешно време). Заради тоа пролетната точка ќе лизга и по небесниот екватор за 0,13" на година, па во правец на еклиптичките должини вкупното поместување ќе изнесува 50,25" на година. Тоа е годишниот износ на општата Земјина прецесија.

Земјинта прецесија доведува до разлика меѓу тропската и ѕвезеената (сидеричка) година. Ѕвездената година е времето потребно Сонцето на небесната сфера да помине полн агол, или со други зборови, времето на обиколување на Земјата околу Сонцето во однос на некој зададен правец во просторот (на пр. во однос на пролетната точка). Кај тропската година Сонцето поминува на небесна сферанебесната сфера агол кој од полниот агол е помал колку што изнесува Земјината прецесија. Аголот од 360° - 50,25" Сонцето го поминува за времетраење на тропската година од 365,2422 дена, а аголот од 360° за време на ѕвездената година. Ѕвездената година е подолга од тропската околу 20 минути.

Платонова година

Од износот на општата прецесија лесно се наоѓа времето за кое Земјината оска го обиколува прецескиот стожец, а пролетната точка полн круг по небесниот екватор. Ако поместувањето во текот на една година изнесува 50,25", тогаш за поместување од 360° требаат 25.800 години. Тоа е Платонова година. Во тоа раздобје небесниот пол опишува кружница меѓу ѕвездите. Заради тоа денешната Северница (Алфа Мала Мечка) ќе ја заменуваат други ѕвезди. Пред 5000 година како Северница била забележана ѕвездата Тубан (Алфа Змај од созвездието Змај). Околу 14000 година како Северница ќе служи ѕвездата Вега, иако на северниот небесни пол нема да му пријде поблиску од 5°. Од времето кога астрономите ги именувале соѕвездијата и ја востановиле Земјината прецесија, пролетната точка се поместила од соѕвездието Овен во соѕвездието Риби, а така и соседните соѕвездија се поместиле и останатите главни точки на еклиптиката. Меѓутоа знаците на тие точки останале исти како што и биле. Со поместувањето на пролетната точка поврзна е најмногу и промената на ѕвездените ректасцензии, додека промената на деклинацијата е многу помала.