Vrashenie Zemli i prodolzhitel'nost' sutok
6.02.2008 22:35 | K. V. Kuimov/GAISh, Moskva

Vse lyudi, interesuyushiesya astronomiei, znayut, chto slovo "sutki" imeet mnogo raznyh znachenii. Naprimer, zvezdnye sutki, solnechnye sutki. No v poslednee vremya voznikli mnogie novye ponyatiya, dlya kotoryh ispol'zuetsya to zhe samoe slovo. V etoi stat'e my dadim bolee tochnye opredeleniya.

1. Sutki kak edinica vremeni

Prezhde vsego napomnim, chto edinicei vremeni v astronomii, kak i v drugih naukah, yavlyaetsya sekunda mezhdunarodnoi sistemy edinic SI - atomnaya sekunda. Privedem opredelenie sekundy, kak ono dano 13-i General'noi konferenciei mer i vesov v 1967 g.:

sekunda - eto prodolzhitel'nost' 9 192 631 770 periodov izlucheniya atoma ceziya 133, ispuskaemogo im pri perehode mezhdu dvumya sverhtonkimi urovnyami osnovnogo sostoyaniya (sm. stranicu Mezhdunarodnogo byuro mer i vesov, tam zhe privodyatsya nekotorye utochneniya).

Esli slovo "sutki" ispol'zuetsya dlya oboznacheniya edinicy vremeni, ono dolzhno ponimat'sya kak 86400 atomnyh sekund. V astronomii upotreblyayutsya i bolee krupnye edinicy vremeni: yulianskii god - 365.25 sutok tochno, yulianskoe stoletie - 36525 sutok tochno. Mezhdunarodnyi astronomicheskii soyuz (obshestvennaya organizaciya astronomov) v 1976 g. rekomendoval astronomam ispol'zovat' imenno takie edinicy vremeni. Osnovnaya shkala vremeni, Mezhdunarodnoe atomnoe vremya (Time Atomic International, TAI), stroitsya na osnove pokazanii mnozhestva atomnyh chasov v raznyh stranah. Sledovatel'no, s formal'noi tochki zreniya, osnova izmereniya vremeni ushla iz astronomii. Starye edinicy "srednyaya solnechnaya sekunda", "zvezdnaya sekunda" ne dolzhny ispol'zovat'sya.

2. Sutki kak period vrasheniya Zemli vokrug osi

Dat' opredelenie takomu upotrebleniyu slova "sutki" neskol'ko slozhnee. Prichin tomu mnogo.

Vo-pervyh, os' vrasheniya Zemli, ili, vyrazhayas' nauchno, vektor ee uglovoi skorosti, ne sohranyaet postoyannogo napravleniya v prostranstve. Eto yavlenie nosit nazvanie precessii i nutacii. Vo-vtoryh, sama Zemlya ne sohranyaet postoyannoi orientirovki otnositel'no vektora ee uglovoi skorosti. Eto yavlenie nazyvaetsya dvizheniem polyusov. Poetomu radius-vektor (otrezok ot centra Zemli do tochki na poverhnosti) nablyudatelya na poverhnosti Zemli ne vernetsya cherez odin oborot (i voobshe nikogda) k prezhnemu napravleniyu. V-tret'ih, skorost' vrasheniya Zemli, t.e. absolyutnaya velichina vektora uglovoi skrosti, tozhe ne ostaetsya postoyannoi. Tak chto, strogo govorya, opredelennogo perioda vrasheniya Zemli ne sushestvuet. No s opredelennoi stepen'yu tochnosti, neskol'ko millisekund, mozhno govorit' o periode vrasheniya Zemli vokrug osi.

Krome togo, nado ukazat' napravlenie, otnositel'no kotorogo my budem otschityvat' oboroty Zemli. Takih napravlenii v astronomii seichas ispol'zuetsya tri. Eto napravlenie na tochku vesennego ravnodenstviya, na Solnce i nebesnoe efemeridnoe nachalo.

Period vrasheniya Zemli otnositel'no tochki vesennego ravnodenstviya nazyvaetsya zvezdnymi sutkami. On raven 23^h 56^m 04.0905308^s. Obratite vnimanie, chto zvezdnye sutki - eto period otnositel'no tochki vesny, a ne zvezd.

Tochka vesennego ravnodenstviya sama sovershaet slozhnoe dvizhenie na nebesnoi sfere, poetomu eto chislo sleduet ponimat' kak srednee znachenie. Vmesto etoi tochki Mezhdunarodnyi astronomicheskii soyuz predlozhil ispol'zovat' "nebesnoe efemeridnoe nachalo". My ne budem davat' ego opredeleniya (ono dovol'no slozhno). Ono vybrano tak, chtoby period vrasheniya Zemli otnositel'no nego byl blizok k periodu otnositel'no inercial'noi sistemy otscheta, t.e. otnositel'no zvezd ili tochnee, vnegalakticheskih ob'ektov. Ugol povorota Zemli otnositel'nogo etogo napravleniya nazyvaetsya zvezdnym uglom. On raven 23^h 56^m 04.0989036^s, chut' bol'she zvezdnyh sutok na velichinu, na kotoruyu tochka vesny smeshaetsya na nebe iz-za precessii za sutki.

Nakonec, rassmotrim vrashenie Zemli otnositel'no Solnca. Eto samyi slozhnyi sluchai, poskol'ku Solnce dvizhetsya na nebe ne po ekvatoru, a po ekliptike i pritom neravnomerno. No eti solnechnye sutki, ochevidno, i samye vazhnye dlya lyudei. Istoricheski slozhilos' tak, chto atomnaya sekunda byla podognana pod period vrasheniya Zemli otnositel'no Solnca, prichem osrednenie bylo sdelano priblizitel'no za 19 vek. Etot period raven 86400 edinic vremeni, kotorye nazyvalis' srednimi solnechnymi sekundami. Podgonka proizoshla v dva priema: snachala bylo vvedeno "efemeridnoe vremya" i "efemeridnaya sekunda", a zatem atomnaya sekunda byla polozhena ravnoi efemeridnoi sekunde. Takim obrazom, atomnaya sekunda vse-taki "proishodit ot Solnca", no atomnye chasy v million raz tochnee, chem "zemnye chasy".

Period vrasheniya Zemli ne ostaetsya postoyannym. Prichin dlya etogo mnogo. Eto i sezonnye izmeneniya v raspredelenii temperatury i davleniya vozduha po zemnomu sharu, i vnutrennie processy, i vneshnie vozdeistviya. Razlichayut vekovoe zamedlenie, dekadnye (v techenie desyatiletii) neravnomernosti, sezonnye i vnezapnye. Na ris. 1 i 2 privedeny grafiki, pokazyvayushie izmenenie prodolzhitel'nosti sutok v 1700-2000 gg. i v 2000-2006 gg. Na ris. 1 proslezhivaetsya tendenciya k uvelicheniyu sutok, a na ris. 2 - sezonnaya neravnomernost'. Grafiki osnovany na materialah Mezhdunarodnoi sluzhby vrasheniya Zemli i opornyh sistem (International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS, http://www.iers.org/).

Nel'zya li vernut' osnovu izmereniya vremeni v astronomiyu i stoit li eto delat'? Takaya vozmozhnost' sushestvuet. Eto pul'sary, periody vrasheniya kotoryh sohranyayutsya s bol'shoi tochnost'yu. Krome togo, ih izvestno mnogo. Ne isklyucheno, chto na bol'shih promezhutkah vremeni, naprimer, desyatiletiyah, nablyudeniya pul'sarov posluzhat utochneniyu atomnogo vremeni i budet sozdana shkala "pul'sarnogo vremeni".

Izuchenie neravnomernosti vrasheniya Zemli ochen' vazhno dlya praktiki i interesno s nauchnoi tochki zreniya. Naprimer, sputnikovaya navigaciya nevozmozhna bez znaniya vrasheniya Zemli. A ego osobennosti nesut informaciyu o vnutrennem stroenii Zemli. Eta slozhnaya problema zhdet svoih issledovatelei.

Ris. 1. Otlichie perioda vrasheniya Zemli ot 86400 s SI, v millisekundah. Dannye do nachala 20 v. ne ochen' nadezhny, no tendenciya k uvelicheniyu prodolzhitel'nosti sutok vidna otchetlivo.

Ris. 2. Izmenenie dlitel'nosti sutok v 2000-2006 gg. Grafik pokazyvaet otlichie perioda vrasheniya Zemli ot 86400 s (sekund SI), v millisekundah. Horosho vidna sezonnaya neravnomernost'.

Ris. 3. Radioteleskop nedaleko ot Kalyazina. Instrumenty takogo tipa ispol'zuyutsya dlya issledovaniya vrasheniya Zemli.

Literatura

1. Zharov V.E. Sfericheskaya astronomiya. (Eta kniga imeetsya v Astronet).
2. Trudy Instituta prikladnoi astronomii RAN, vyp. 10, 2004.
3. Sidorenkov N.S. Fizika nestabil'nostei vrasheniya Zemli. M., Fizmatlit. 2002.
4. Kovalevsky J., Seidelman P.K. Fundamentals of astrometry. Cambridge University Press, 2004.
5. Oduan K., Gino B. Izmerenie vremeni, osnovy GPS. M., Tehnosfera, 2002.

Publikacii s klyuchevymi slovami: astrometriya Publikacii so slovami: astrometriya
Sm. takzhe: Dostizheniya kosmicheskoi astrometrii Skonchalsya Konstantin Vladislavovich Kuimov Konstantinu Vladislavovichu Kuimovu – 75 let Saimon N'yukom (1835 -1909) k 175-letiyu so dnya rozhdeniya. 80 let so dnya rozhdeniya Al'berta Petrovicha Gulyaeva Rukovodstvo po prakticheskoi rabote s katalogom Hipparcos K 70-letiyu Vilena Valentinovicha Nesterova Vse publikacii na tu zhe temu >>