Про полдень

Что такое полдень? Казалось бы, что может быть проще? Распостраненные ответы: Обе стрелки часов на 12 . Солнце на максимальной высоте и точно на юге (для северного полушария). А вот и нет. Причем ошибки иногда делают даже неплохо знающие астрономию.

Вижу много вопросов на эту и близкие темы, попробую все упорядочить.

Сначала небольшой ликбез. Естественно, для тех, кому надо)

Для решения задач практической астрономии мы считаем себя в центре мира, а все небесные тела находятся на небесной сфере , как считалось тысячи лет назад.

Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов, рассмотрим основные элементы небесной сферы.

Вертикаль наблюдателя — прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в точке наблюдателя. Зенит  — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, расположенная над головой наблюдателя. Надир  — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, противоположная зениту.Истинный горизонт — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к вертикали наблюдателя. Истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.Ось мира (Земная ось) — прямая, вокруг которой происходит видимое суточное вращение небесной сферы. Ось мира параллельна оси вращения Земли, а для наблюдателя, находящегося на одном из полюсов Земли, она совпадает с осью вращения Земли. Видимое суточное вращение небесной сферы является отражением действительного суточного вращения Земли вокруг своей оси. Полюсы мира —точки пересечения оси мира с небесной сферой. Полюс мира, находящийся в области созвездия Малой Медведицы, называется Северным полюсом мира, а противоположный полюс называется Южным полюсом.

Небесный экватор — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен Северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен Южный полюс мира. Угловое расстоянию на небесной сфере от плоскости небесного экватора до светиланазывается склонением.

Небесный меридиан, или меридиан наблюдателя — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. Он совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и делит небесную сферу на восточную и западную полусферы.

Точки севера и юга — точки пересечения небесного меридиана с истинным горизонтом.

Основный жизненный цикл всего живого на Земле связан со сменой дня и ночи, откуда и произошло понятие суток. Т к это понятие связано с движением Солнца, поговорим о его движении. Солнце имеет  годовое и суточное движение .

Суточное перемещение Солнца по небу является следствием вращения Земли вокруг своей оси, которое направлено с запада на восток, а, соответственно, видимое движение Солнца при этом происходит с востока на запад. Пересечение Солнцем небесного меридиана называется верхней кульминацией.

Годичный путь Солнца относительно звёзд связан с обращением Земли вокруг Солнца.Видимый кажущийся годовой путь Солнца по небесной сфере называется эклиптикой.Эклиптика пересекается с плоскостью небесного экватора в точках равноденствия.Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26'. По этой причине ,кстати, происходит смена времён года.

Истинный или солнечный местный полдень — момент верхней кульминации Солнца , пересечения небесного меридиана.

Именно его показывают солнечные часы-первый прибор для измерения времени. А время между двумя истинными полутенями называются истинными солнечными сутками.Он ,при всей своей наглядности, не очень удобен. Во первых, по причине того, что Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и ось её вращения наклонена к плоскости орбиты, момент времени солнечного полдня и сама длительность суток изменяется в течение года. например, истинные солнечные сутки 22 декабря приблизительно на 50 секунд длиннее, чем 23 сентября. Во вторых, в разных местах, даже близких, истинный полдень будет наступать в разное время, особенно в случае их расположения вдоль параллели. Скажем так, даже в пределах Москвы, от Кунцево до Щелково, эта разница будет в районе полминуты. А между Москвой и Нижним Новгородом-полчаса. Естественно, в современной жизни это неприемлемо.

Для решения первой проблемы придумано так называемое среднее Солнце- фиктивная точка, равномерно движущаяся по небесному экватору с такой скоростью, что в своем годичном движении она всегда одновременно с истинным солнцем проходит через точку весеннего равноденствия. Разница между истинным и средним Солнцем находится в пределах приблизительно ±15 минут от среднего значения и называется уравнение времени.

Но при этом даже среднее солнечное время будет разным для каждого пункта и так и называется местное среднее солнечное время

Для решения второй проблемы придумано поясное время. Счет времени ведется только на 24 основных географических меридианах, расположенных друг от друга по долготе точно через 15o начиная с нулевого меридиана. Границы поясов отстоят, как правило, на 30 минут в обе стороны, но не точно по меридианам, а для удобства по близким к ним государственным или административным границам.

Поясное время — местное среднее солнечное время на срединном меридиане географического часового пояса. Расхождение поясного (официального) времени в данном пункте с местным средним солнечным временем зависит от географической долготы пункта и , как правило, находится пределах получаса. В случае использования летнего/зимнего времени в соответствующий период еще час прибавляем.Таким образом, для вычисления момента истинного полудня надо знать географическую долготу места и уравнение времени. Например, чтобы узнать среднее солнечное время в центре Москвы, нужно перевести географическую долготу места в часовые единицы: 37°37' соответствует 2:30:28. Следовательно, среднее солнечное время в центре Москвы отличается от UTC на +2:30:28. С учётом того, что Москва относится к часовому поясу UTC+3:00, средний солнечный полдень в центре Москвы наступает в 12:29:32 по местному поясному времени. Дальше берем из таблицы уравнение времени , прибавляем и получаем истинное местное солнечное время.

Что интересно, раньше эта разница была еще больше.В 1930 г. декретом правительства СССР стрелки часов переведены на 1 час вперед относительно поясного времени, а В 1981 г. в СССР, по примеру большинства стран мира, было введено еще и летнее время, на 1 час опережающее декретное. Летнее время вводится с последнего воскресенья марта по последнее воскресенье октября. Причиной перевода служили две задачи. Первая, если раньше все работы велись в световой день т е крестьянин начинал работать рано утром и в 12 уже был полдень и реальная середина дня, то с развитием промышленности искусственное освящение растянуло световой день до 23-24.00, а фаза максимальной суточной активности – фактический полдень у большинства людей стал приходится на 15-16 часов. Если перевести часы на час вперед, полдень наступит в 13 часов, солнце взойдет в 7, а опустится за горизонт в 19. Наш условный человек встанет с рассветом, а вечером получит один лишний светлый час . Вторая, экономия электроэнергии. в целях более рационального использования светлой части суток и перераспределения электроэнергии между бытовым и производственным потреблением

Таким образом ,с декретным временем истинный полдень в Москве наступал в 13:29:32, а с летним -в 14:29:32. Но в 2011 году это было отменено, и московский полдень стал ближе к астрономическому , но дальше от практического.О верности и обоснованности этого решения до сих пор не прекращаются споры. Следует заметить, что в других городах ситуация может быть иной, в зависимости от долготы и часового пояса. Очень интересен пример Китая,  который имеет протяжённость по долготе 61° или более 4 -х часов, но официально на всей территории страны действует единое пекинское время , что неудобно для западных районов Китая из-за большого расхождения с местным солнечным временем. Получается, что просыпаются там в темноте, а ложатся спать еще в светлое время суток.

Обе стрелки часов на 12 . Это полдень.

Это средний солнечный полдень по поясному времени или местный средний солнечный полдень на срединном меридиане географического часового пояса. В случае Москвы, это примерно местный средний полдень в Нижнем Новгороде. Вот жителям этого города проще, у них 12 часов именно настоящий средний полдень с большой точностью . Для получения времени истинного полудня надо добавить еще уравнение времени. А около 15 апреля, 13 июня, 1 сентября и 25 декабря, когда уравнение времени равно нулю истинный полдень примерно совпадает со средним.

Про средний солнечный полдень мы уже разобрались. Уравнение времени ,отличие долготы места наблюдателя от срединного меридиана часового пояса  и наличие летнего времени (если есть) дают сдвиг от истинного солнечного или астрономического полудня. Но, строго говоря, утверждение, что в астрономический полдень(в верхнюю кульминацию) высота Солнца наибольшая — неточное. Верхняя кульминация всегда совпадает с максимальной высотой только для объектов, собственным движением которых можно пренебречь. С Солнцем это не всегда так.

В даты, близкие к равноденствиям, склонение Солнца меняется так быстро (примерно на 24 угловые минуты в сутки), что весной максимум высоты наблюдается позже прохождения Солнцем небесного меридиана, а осенью — раньше. Более отчётливо это проявляется в высоких широтах. Так, на широте 45° разница достигает 15 секунд, на 60° — 26 секунд. Лишь вблизи дат солнцестояний разница становится пренебрежимо малой

делить на северное/южное полушарие надо не относительно экватора, а относительно склонения Солнца .То есть северным летом ,севернее экватора, но южнее тропика, когда широта наблюдателя меньше широты: равной склонению Солнца, Солнце будет в полдень на севере. Соответственно, в южном полушарии при аналогичных условиях-на юге.

В последних двух вопросах нередко путаются даже знающие астрономию люди.