Реферат: Астрономические основы летосчисления
Звездные сутки определяются промежутком времени между двумя последовательными верхними кульминациями одной звезды. Их величина служит эталоном для измерения так называемого звездного времени, имеются соответственно и производные звездных суток (часы, минуты, секунды) и специальные звездные часы, без которых не обходится ни одна обсерватория в мире. Астрономии необходимо учитывать звездное время.
Обычный распорядок жизни тесно связан с другими, солнечными сутками, с солнечным временем. Солнечные сутки измеряются отрезком времени между последовательными верхними кульминациями Солнца. Продолжительность солнечных суток превышает звездные в среднем на 4 минуть Кроме того, солнечные сутки из-за неравномерности движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца имеют переменную величину. Пользоваться ими в быту неудобно. Поэтому за эталон приняты абстрактные средние солнечные сутки, определяемые расчетным равномерным движением воображаемой точки ("среднего Солнца") по небесному экватору вокруг Земли со средней скоростью движения истинного Солнца по эклиптике.
Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями такого "среднего Солнца" называется средними солнечными сутками.
Все часы в повседневной жизни отрегулированы по среднему времени, среднее время лежит и в основе современных календарей. Среднее солнечное время, отсчитываемое от полуночи, называется гражданским временем.
В результате наклона эклиптики по отношению к плоскости небесного экватора и наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости Земной орбиты продолжительность дня и ночи в течение года меняется. Только в период весеннего и осеннего равноденствий на всем земном шаре день равен ночи. В остальное время высота кульминаций Солнца ежедневно меняется, достигая для северного полушария максимума в период летнего солнцестояния и минимума в период зимнего солнцестояния.
Средние солнечные сутки, так же как и звездные, делятся на 24 часа, в каждом из которых по 60 минут, в минутах 60 секунд.
Более дробное деление суток впервые возникло в Древнем Вавилоне и основано на шестидесятиричной системе счета[3] .
Поскольку сутки — сравнительно короткий промежуток времени, постепенно вырабатывались более крупные единицы его измерения. На первых порах счет велся с помощью пальцев. В результате этого появились такие единицы измерения времени, как десятидневки (декады) и двадцатидневки. Позднее утвердился счет, основанный на астрономических явлениях. За единицу измерения времени был принят промежуток между двумя одинаковыми фазами Луны. Так как легче всего было заметить появление после безлунных ночей узкого лунного серпа, этот момент было принято считать за начало нового месяца. Греки называли его неоменией, т. е. новолунием. Сутки, в течение которых наблюдался первый заход молодой Луны, считались началом календарного месяца у народов, ведущих счет по лунному календарю. Для хронологических расчетов важен промежуток времени, отделяющий истинное новолуние от неомении. В среднем он равен 36 часам.
Средняя продолжительность синодического месяца равна 29 дням, 12 часам, 44 минутам и 3 секундам. В практике построения календарей использовалась продолжительность в 29,5 суток, а набегавшая разница устранялась специальным введением дополнительных дней.
Месяцы солнечного календаря не связаны с фазами Луны, поэтому их продолжительность была произвольной (от 22 до 40 суток), но в среднем была близка (30—31 сутки) к продолжительности синодического месяца. Это обстоятельство до некоторой степени способствовало сохранению счета суток неделями. Семидневный отрезок времени (неделя) возник не только из-за почитания семерки богов, соответствовавших семи блуждающим небесным телам, но и потому, что семь суток составляли приблизительно четвертую часть лунного месяца.
Принятое в большинстве календарей количество месяцев в году (двенадцать) связано с двенадцатью зодиакальными созвездиями эклиптики. В названиях месяцев часто прослеживается их связь с определенными временами года, с более крупными единицами времени — сезонами.
Третья основная единица измерения времени (год) была менее ощутима, особенно в землях, лежащих ближе к экватору, где нет большой разницы между сезонами. Величина солнечного года, т. е. промежутка времени, за которое Земля совершает оборот вокруг Солнца, была с достаточной точностью рассчитана в Древнем Египте, где сезонные изменения природы имели исключительное значение в хозяйственной жизни страны. "Необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала египетскую астрономию".
Постепенно была определена величина так называемого тропического года, т. е. промежутка времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Для современных расчетов используется продолжительность года в 365 суток, 5 часов, 48 минут и 46 секунд.
В некоторых календарях счет лет идет по лунным годам, связанным с определенным количеством лунных месяцев и не имеющим отношения к тропическому году.
В современной практике широко применяется деление года не только на месяцы, но и на полугодия (6 месяцев) и кварталы (3 месяца).
3. Возникновение и развитие способов измерения времени. Современная служба времени
История не в состоянии ответить на вопрос о том, когда люди научились измерять время. Очевидно, первым способам измерения должно было предшествовать развитие абстрактного представления о времени, возникновение потребности измерять его. Нет сомнения, что эти предпосылки появлялись в процессе первичных коллективных действий, в трудовых операциях, связанных с периодическими явлениями природы. Наконец, чтобы измерить время, человек уже должен был уметь считать.
Учет времени, так же как и возникновение счета, можно отнести к разряду конвергентных явлений, т. е. таких, которые возникали независимо друг от друга у разных народов под влиянием сходных условий и требований развивающихся обществ. Судя по совершенству первых календарных систем, появившихся у многих народов уже в период неолита, начальные стадии процесса счета времени следует относить к более ранним периодам. Косвенным подтверждением этому может служить наличие первичного счета в эпоху верхнего палеолита.
Первой единицей измерения времени были сутки любопытный счет дням в VI в. до н.э. у персов описывает Геродот. Царь Дарий, отправляясь в поход на скифов, оставил воинам, охранявшим переправу через Дунай, своеобразный календарь — ремень с завязанными на нем узлами. Развязывая ежедневно по узлу, воины вели счет дням, прошедшим с начала похода. Оставшиеся узлы означали дни до планируемого возвращения царя. Разумеется, в эпоху Ахеменидов персам были знакомы и более совершенные системы счета времени, но для простых воинов пользование таким первобытным календарем было понятнее[4] .
Очень рано возник и счет времени по чередованию фаз Луны. Но и оборот. Луны, лунный месяц, — сравнительно небольшая мера времени. Потребности древней хронологии были удовлетворены с появлением в счете лунного и солнечного годов. Счет дней внутри года, разделенного на двенадцать приблизительно равных периодов (месяцев), позволял создавать простейшие приспособления: деревянные, костяные, керамические таблицы — календари. У многих народов они сохранялись в быту вплоть до начала XX в., да и наши современные передвижные календарные таблицы восходят к этим простейшим приспособлениям. .
Наряду с портативными приспособлениями в древности создавали и монументальные календарные устройства, своеобразные каменные обсерватории, позволявшие сверять счет времени с астрономическими показателями. Таковы сооружения III тысячелетия до н. э. в Стоунхендже (Англия), каменный календарь близ г. Куско (Перу) и др.
В древности появились и первые способы измерения времени в пределах суток. Само восприятие времени в прошлом значительно отличалось от современного. Сегодня мы привыкли измерять время минутами и секундами, а средневековые часы имели на циферблате только часовую стрелку, минутная появилась в середине XVI в., а секундной еще не знали современники Пушкина.
Различные народы в разные эпохи делили сутки по-разному. Современная система деления их на 24 часа зародилась в Вавилоне, хотя официально ее ввел александрийский астроном Клавдий Птолемей, живший во II в. н.э.
Первые способы измерения времени в течение суток были связаны с Солнцем. Древнейшим и самым простым прибором, позволяющим измерить время по Солнцу, был гномон — вертикальный столб. По длине отбрасываемой им тени можно было определить время суток. Первое упоминание гномона относится -кVI в. до н. э.
Дальнейшее развитие идеи измерения времени по Солнцу представляет скафис — солнечные часы, указывающие время направлением тени, отбрасываемой на специальный циферблат вертикальной осью — стрелкой. Первый скафис был построен жрецом Беросом из Вавилона в III в. до н. э. Усовершенствование скафиса привело к изобретению горизонтальных солнечных часов, в которых осью — стрелкой служит ребро прямоугольного треугольника, ориентированного острым углом, равным широте места, где установлены часы, на юг.
У народов Азии с глубокой древности использовались песочные часы, где время измерялось количеством песка, пересыпающегося из одного сосуда в другой. Такие часы не связаны с Солнцем, они измеряют определенные небольшие промежутки времени, сосчитав которые можно установить время суток. Для отсчета коротких промежутков времени песочные часы используются в медицине и сейчас.
В Китае применялись так называемые огненные часы, где ход времени определялся равномерным сгоранием специальной свечи. Свечи с часовыми делениями знала и средневековая Европа, а на Руси короткие временные отрезки измеряли количеством сгоревших лучин.
В I тысячелетии до н.э. многие страны применяли водяные часы или "клепсидры". С использованием этих часов связаны сохранившиеся до наших дней латинские обороты речи, звучащие в русском языке как "не надо лить воду", или "с тех пор много воды утекло".
Все описанные системы не отличались точностью, были неудобны, но до определенного времени удовлетворяли общество. Однако с развитием производительных сил, с появлением новых задач возникла потребность в более совершенных способах измерения времени. Важным шагом в этом отношении был переход к механическим часам, первое упоминание о которых встречается в византийских источниках в 578 г. Широкое практическое использование механических (колесных) часов в Европе относится к XI—XII вв. Обычно их устанавливали на башнях ратуш, связывая механизм часов с устройством звона или боя. Недостатком колесных часов была их громоздкость и малая точность хода. В России первые колесные часы были установлены в Московском Кремле в 1404 г. Часы Спасской, башни Кремля установил в 1624 г. при царе Михаиле Федоровиче механик Галловей. В 1706 г. по приказу Петра I они были заменены голландскими курантами, которые действуют и ныне.