Два разных полудня
Существует два вида полудня, и они почти никогда не совпадают. Один — часовой полдень — момент, когда ваши часы показывают 12:00. Другой — солнечный полдень — мгновение, когда Солнце достигает наивысшей точки на небе за день, пересекая воображаемую линию, проходящую прямо над головой строго с севера на юг. Эта линия — ваш местный меридиан, и момент пересечения её Солнцем является честным, астрономическим центром дня.
Если воткнуть палку в землю и наблюдать за её тенью, солнечный полдень — это момент, когда тень самая короткая и указывает строго вдоль линии север-юг. Проделайте это в любой день, и вы обнаружите, что тень достигает минимума в какое-нибудь неудобное время, например, 12:37 или 1:14 — редко, если вообще когда-либо, ровно в 12:00. Почему такое несоответствие? Три различных эффекта накладываются друг на друга, и как только вы их увидите, странная арифметика часов обретёт совершенный смысл.
Что такое солнечный полдень на самом деле
Солнечный полдень определяется чисто геометрически. По мере вращения Земли Солнце, кажется, движется по небу с востока на запад. Ровно один раз в день оно оказывается строго на юге (в Северном полушарии) на своей максимальной высоте. Это и есть ваш солнечный полдень, и он полностью локален — зависит от вашей долготы с точностью до долей градуса.
Само Солнце находится примерно в одной астрономической единице от нас — около 150 миллионов километров (Астрономическая единица в километр) — и его свет достигает нас примерно за восемь минут. Таким образом, наблюдаемая вами «наивысшая точка» на самом деле — это то, где Солнце было восемь минут назад. Однако в масштабе целого дня эта задержка является постоянным смещением, которое незаметно компенсируется, поэтому она никогда не сдвигает ваш солнечный полдень относительно вчерашнего. То, что действительно сдвигает его изо дня в день и от места к месту, — это три эффекта, описанные ниже.
Причина первая: Часовые пояса — это широкие полосы
Земля поворачивается на 360 градусов за 24 часа, что означает, что Солнце пересекает один градус долготы каждые четыре минуты. Таким образом, истинное солнечное время различно для каждого меридиана на планете. Если бы каждый город придерживался собственных солнечных часов — как это буквально и было до появления железных дорог, — полдень в одном городе отличался бы от полудня в соседнем.
Именно этот хаос и привёл к изобретению часовые пояса: широких полос, каждая номинально шириной в 15 градусов долготы, которые договорились использовать единое «стандартное» время, привязанное к одному центральному меридиану. Только места, находящиеся на этом центральном меридиане, получают солнечный полдень около 12:00. Все остальные смещены относительно него. Живите у восточной границы своего пояса — и Солнце спешит вперёд: солнечный полдень наступает до того, как часы пробьют двенадцать. Живите у западной границы — и Солнце отстаёт, так что солнечный полдень наступает значительно позже 12:00. Пояс может быть шириной в целый час в солнечном выражении, так что только это может сдвинуть реальный полдень на 30 минут в любую сторону.
Причина вторая: Летнее время
Второй эффект — целиком человеческое изобретение. В течение большей части года многие регионы переводят часы на час вперёд для летнего времени. Когда вы переводите часы вперёд, вы не двигаете Солнце — вы переименовываете день. Солнечный полдень по-прежнему наступает в тот же астрономический момент, но часы теперь показывают примерно на час позже.
Итог: во время летнего времени солнечный полдень обычно приходится на период между 13:00 и 13:30. Вот почему летние вечера кажутся такими щедро длинными — вы просто перенесли час светового дня из раннего утра, когда большинство людей спит, на вечер, когда они бодрствуют.
Причина третья: Уравнение времени
Первые два эффекта — это фиксированные смещения, одинаковые каждый день года. Третий колеблется, и он самый увлекательный. Даже если бы вы стояли точно на центральном меридиане своего пояса и полностью игнорировали летнее время, солнечный полдень всё равно бы дрейфовал, опережая часы примерно на 16 минут в начале ноября и отставая примерно на 14 минут в середине февраля. Этот дрейф называется уравнением времени, и он существует, потому что реальный солнечный день не имеет фиксированной длины. Здесь действуют два фактора:
-
Орбита Земли — эллипс. Наша планета вращается вокруг Солнца с непостоянной скоростью. Около января, когда Земля ближе всего к Солнцу, она движется по орбите быстрее; около июля — медленнее. Поскольку длина солнечного дня частично зависит от того, насколько далеко Земля продвинулась по орбите, это ускорение и замедление растягивает и сжимает день.
-
Ось Земли наклонена. Наклон в 23,4 градуса (обликвация), который даёт нам времена года, также означает, что суточное движение Солнца не всегда параллельно экватору. Вблизи солнцестояний видимое Солнце движется так, что удлиняет солнечный день; вблизи равноденствий — укорачивает его.
Сложите эти два цикла вместе, и вы получите плавную кривую, которая четыре раза в год пересекает ноль и достигает пика вблизи этих 16-минутных экстремумов. Наши часы работают по среднему солнечному времени — среднему дню, фикции идеально равномерных тиков — именно для того, чтобы нам не приходилось жить с днём, длина которого постоянно меняется. Уравнение времени — это бухгалтерская запись, которая примиряет честное Солнце с удобным средним значением.
Аналемма: Рисуем дрейф
Существует красивый способ увидеть уравнение времени своими глазами. Фотографируйте Солнце из одной и той же точки в одно и то же время по часам — скажем, ровно в 12:00 — раз в неделю в течение года и наложите изображения. Солнце не стоит на месте. Оно вычерчивает на небе асимметричную восьмёрку, называемую аналеммой. Её вертикальная ось показывает, как Солнце поднимается высоко летом и опускается низко зимой; её ширина отражает уравнение времени — то, как Солнце спешит или отстаёт от часов. Это тонкое боковое растяжение восьмёрки и есть уравнение времени, ставшее видимым.
Крайние случаи: Одни часы на континент
Часовые пояса — это политическое явление не меньше, чем астрономическое, и нигде это не проявляется так ярко, как в Китае. Географически страна простирается примерно на пять часовых поясов, однако вся страна официально живёт по одному — пекинскому времени. Для жителя дальневосточного региона Синьцзян часы установлены по меридиану, находящемуся за тысячи километров к востоку. Результат разителен: на крайнем западе солнечный полдень может наступать около 15:00, а Солнце может не вставать до 9 утра по официальному времени. Испания представляет собой более мягкий вариант — географически находясь на уровне Британии, она придерживается центральноевропейского времени, так что солнечный полдень обычно смещается за 13:30 даже без учёта летнего времени.
Как найти свой истинный солнечный полдень
Вам не нужно специальное оборудование. Несколько надёжных методов:
- Гномон. Воткните прямой вертикальный стержень в ровную землю и отмечайте кончик его тени в течение дня. Момент, когда тень самая короткая, — это солнечный полдень, и эта самая короткая тень указывает точно на север-юг.
- Математика. Начните с 12:00, скорректируйте на расстояние вашей долготы от центрального меридиана вашего пояса (четыре минуты на градус), добавьте час, если действует летнее время, и, наконец, примените значение уравнения времени для данного дня.
- Калькулятор. Любой инструмент для расчёта положения Солнца выдаст точную минуту для ваших координат, автоматически объединив все три эффекта.
Понимание солнечного полудня переосмысливает все часы: 12:00 — это социальная договорённость, а не астрономический факт. Любопытно, насколько ваш собственный город отклоняется от Солнца? Изучите города для справки и сравните, где часы и небо тихо расходятся во мнениях.
Часто задаваемые вопросы
Бывает ли солнечный полдень ровно в 12:00?
Только изредка, и то по совпадению. Для этого нужно, чтобы вы находились на центральном меридиане своего часового пояса, летнее время было отключено, а уравнение времени равнялось нулю — комбинация, которая складывается всего на пару дней в году для узкой полосы мест.
Меняется ли солнечный полдень ото дня ко дню?
Да, незначительно. Из-за уравнения времени время солнечного полудня по часам смещается примерно на полминуты в день, блуждая вперёд и назад в течение года в плавном годовом цикле с общим разбросом до примерно 30 минут.
Почему солнечный полдень летом наступает позже?
В основном из-за летнего времени. Перевод часов на час вперёд означает, что Солнце достигает пика, когда часы уже показывают около 13:00, а не 12:00, что также объясняет, почему летние вечера остаются светлыми так долго.
В чём разница между солнечным временем и средним временем?
Солнечное (или «истинное») время следует за реальным Солнцем, длина дня которого меняется. Среднее время использует идеализированный, идеально равномерный день — среднее значение, — поэтому наши часы тикают равномерно. Разрыв между ними на любую заданную дату и есть уравнение времени.
Влияет ли моя долгота на солнечный полдень?
Безусловно. Каждый градус долготы в сторону от центрального меридиана вашего пояса сдвигает солнечный полдень на четыре минуты — раньше, если вы к востоку, позже, если к западу. Это самая главная причина, по которой два города в одном поясе переживают полдень в разное время по часам.