§ 17. Суточное движение Солнца на разных широта
а) Для наблюдателя на северном полюсе Земли (j = + 90°) незаходящими светилами являются те, у которых d ³ 0, а невосходящими те, у которых d < 0 (см. § 13, рис. 10). Положительное склонение у Солнца бывает с 21 марта по 23 сентября, а отрицательное - с 23 сентября по 21 марта. Следовательно, на северном полюсе Земли Солнце приблизительно полгода бывает незаходящим, а полгода - невосходящим светилом. Около 21 марта Солнце здесь появляется над горизонтом (восходит) и вследствие суточного вращения небесной сферы описывает кривые, близкие к окружности и почти параллельные горизонту, поднимаясь с каждым днем все выше и выше. В день летнего солнцестояния (около 22 июня) Солнце .достигает максимальной высоты hmах = + 23° 27'. После этого Солнце начинает приближаться к горизонту, высота его постепенно уменьшается и после дня осеннего равноденствия (после 23 сентября) оно скрывается под горизонтом (заходит). День, длившийся полгода, кончается и начинается ночь, которая длится также полгода. Солнце, продолжая описывать кривые, почти параллельные горизонту, но под ним, опускается все ниже и ниже, В день зимнего солнцестояния (около 22 декабря) оно опустится под горизонт на высоту hmin = - 23° 27', а затем снова начнет приближаться к горизонту, высота его будет увеличиваться, и перед днем весеннего равноденствия Солнце снова появится над горизонтом. Для наблюдателя на южном полюсе Земли (j = - 90°) суточное движение Солнца происходит подобным же образом. Только здесь Солнце восходит 23 сентября, а заходит после 21 марта, и поэтому когда на северном полюсе Земли ночь, на южном - день, и наоборот. б) Для наблюдателя на северном полярном круге (j = + 66° 33') незаходящими являются светила с d ³ + 23° 27', а невосходящими - с d < - 23° 27'. Следовательно, на северном полярном круге Солнце не заходит в день летнего солнцестояния (в полночь центр Солнца только касается горизонта в точке севера N) и не восходит в день зимнего солнцестояния (в полдень центр солнечного диска только коснется горизонта в точке юга S, а затем снова опустится под горизонт). В остальные дни года Солнце на этой широте восходит и заходит. При этом максимальной высоты в полдень оно достигает в день летнего солнцестояния (hmax = + 46° 54’), а в день зимнего солнцестояния его полуденная высота минимальна (hmin = 0°). На южном полярном круге (j = - 66° 33') Солнце не заходит в день зимнего солнцестояния и не восходит в день летнего солнцестояния. Северный и южный полярные круги являются теоретическими границами тех географических широт, где возможны полярные дни и ночи (дни и ночи, длящиеся больше 24 часов). В местах, лежащих за полярными кругами, Солнце бывает незаходящим или невосходящим светилом тем дольше, чем ближе место к географическим полюсам. По мере приближения к полюсам продолжительность полярных дня и ночи увеличивается. в) Для наблюдателя на северном тропике (j = + 23° 27') Солнце всегда является восходящим и заходящим светилом. В день летнего солнцестояния оно в полдень достигает максимальной высоты hmax = + 90°, т.е. проходит через зенит. В остальные дни года Солнце в полдень кульминирует к югу от зенита. В день зимнего солнцестояния его минимальная полуденная высота hmin = + 43° 06'. На южном тропике (j = - 23° 27’) Солнце также всегда восходит и заходит. Но на максимальной полуденной высоте над горизонтом (+ 90°) оно бывает в день зимнего солнцестояния, а на минимальной (+ 43° 06') - в день летнего солнцестояния. В остальные дни года Солнце в полдень кульминирует здесь к северу от зенита. В местах, лежащих между тропиками и полярными кругами, Солнце восходит и заходит каждый день года. Полгода здесь продолжительность дня больше продолжительности ночи, а полгода - ночь продолжительнее дня. Полуденная высота Солнца здесь всегда меньше 90° (кроме тропиков) и больше 0° (кроме полярных кругов). В местах, лежащих между тропиками, Солнце бывает в зените два раза в году, в те дни, когда его склонение равно географической широте места. г) Для наблюдателя на экваторе Земли (j = 0) все светила, в том числе и Солнце, являются восходящими и заходящими. При этом 12 часов они находятся над горизонтом, a 12 часов - под горизонтом. Следовательно, на экваторе продолжительность дня всегда равна продолжительности ночи. Два раза в году Солнце в полдень проходит в зените (21 марта и 23 сентября). С 21 марта по 23 сентября Солнце на экваторе кульминирует в полдень к северу от зенита, а с 23 сентября по 21 марта - к югу от зенита. Минимальная полуденная высота Солнца здесь будет равна hmin = 90° - 23° 27' = 66° 33' (22 июня и 22 декабря). На основании предыдущего можно сформулировать следующие астрономические признаки тепловых поясов: 1. В холодных поясах (от j = ± 66° 33' до j = ± 90°) Солнце может быть незаходящим и невосходящим светилом. Полярный день и полярная ночь могут длиться от 24 часов до полугода. 2. В умеренных поясах (от j = ± 23° 27’ до j = ± 66° 33’) Солнце каждый день восходит и заходит, но никогда не бывает в зените. Полярных дней и ночей здесь никогда не бывает. Продолжительность дня и ночи короче 24 часов. Летом день длиннее ночи, а зимой - наоборот. 3. В жарком поясе (от j = + 23° 27' до j = - 23° 27') Солнце также всегда восходящее и заходящее светило и два раза и голу (на тропиках один раз) в полдень бывает в зените (и разных местах - в разные дни года, а на экваторе - в день весеннего и в день осеннего равноденствий). [См. также § 33.]
§ 18. Основы измерения времени
На наблюдениях суточного вращения небесного свода и годичного движения Солнца, т.е. на вращении Земли вокруг оси и на обращении Земли вокруг Солнца, основано измерение времени. Вращение Земли вокруг оси происходит почти равномерно, с периодом, равным периоду вращения небесного свода, который достаточно точно может быть определен из наблюдений. Поэтому по углу поворота Земли от некоторого начального положения можно судить о протекшем времени. За начальное положение Земли принимается момент прохождения плоскости земного меридиана места наблюдения через избранную точку на небе, или, что одно и то же, момент верхней (или нижней) кульминации этой точки на данном меридиане. Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются: а) точка весеннего равноденствия; б) центр видимого диска Солнца (истинное Солнце); в) "среднее солнце" - фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени. Определяемые этими точками три различные единицы времени называются соответственно звездными, истинными солнечными и средними солнечными сутками, а время, ими измеряемое, - звездным, истинным солнечным и средним солнечным временем. Здесь совершенно необходимо отметить, что эти различные названия времен, так же как и все другие, с которыми мы познакомимся в дальнейшем, относятся к одному и тому же реальному и объективно существующему времени. Иными словами, никаких различных времен не существует, есть лишь различные единицы измерения времени и различные системы его счета. Сутки и их доли (часы, минуты и секунды) используются при измерении коротких промежутков времени. Для измерения больших промежутков времени служит другая единица меры, основанная на движении Земли вокруг Солнца, - тропический год. Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия.