Buổi trưa là khi nào?

10

A. Mikhailov

Buổi trưa là khi nào?

Trước khi trả lời câu hỏi này, chúng ta hãy hỏi một câu khác: buổi trưa là gì? Có vẻ như từ này đã nói lên điều đó: buổi trưa là nửa ngày, tức là thời điểm trung bình giữa hướng đông và hoàng hôn. Nhưng liệu dựa trên định nghĩa như vậy, liệu có thể thiết lập chính xác thời điểm buổi trưa, chẳng hạn như dùng búa gõ và nói: “Đây là buổi trưa”? Rõ ràng là không. Thứ nhất, khoảnh khắc bình minh và hoàng hôn chỉ có thể được nhận thấy một cách đáng tin cậy trên biển, nơi đường chân trời hoàn toàn chính xác. Thứ hai, hoàng hôn sẽ diễn ra muộn hơn buổi trưa vài giờ, và do đó thời điểm buổi trưa diễn ra chỉ có thể được xác định sau khi kết thúc ngày.

Tuy nhiên, có một hiện tượng cực kỳ gần trưa có thể quan sát được - đó là giáo phái

sự hoạt động của Mặt trời, tức là thời điểm Mặt trời đi qua kinh tuyến của một địa điểm nhất định. Vì vậy, đối với những người ôn hòa, Mặt trời mọc hàng ngày ở phần phía đông của đường chân trời, nhô lên trên nó, lên đến đỉnh điểm, đi qua kinh tuyến, sau đó bắt đầu lặn và lặn ở phần phía tây của đường chân trời.

Đỉnh cao của các ngôi sao sáng được quan sát bằng cách sử dụng các dụng cụ đặc biệt gọi là dụng cụ chuyển tiếp. Thành phần chính của chúng là ống tới hạn, chỉ có thể quay theo chiều cao quanh trục ngang hướng từ đông sang tây. Một ống như vậy luôn hướng về mặt phẳng kinh tuyến (Hình 1). Để thuận tiện cho người quan sát, ống đôi khi được làm vỡ, phản chiếu ánh sáng theo hướng nằm ngang qua toàn bộ trục quay, ở cuối ống có một thị kính (Hình 2). Nhờ đó, mắt luôn quan sát ở một vị trí không đổi và nhìn theo hướng nằm ngang.

Trong trường nhìn của đường ống, một số sợi mỏng thẳng đứng, thường là mạng nhện, được kéo dài: sợi ở giữa xác định hướng của kinh tuyến. Sau khi đã tạo cho đường ống có độ dốc mong muốn, hãy quan sát

11

Hình 1. Dụng cụ thông hành lớn của Đài thiên văn Pulkovo.

Hình 2. Dụng cụ đi qua có đường ống bị hỏng.

Vật thể đợi cho đến khi vật thể được quan sát, trong trường hợp này là Mặt trời, đi vào trường nhìn và đi qua sợi giữa. Lúc này, anh ta nhấn một nút để đóng tiếp điểm và bút của máy ghi âm, được gọi là đồng hồ bấm giờ, đánh dấu trên băng giấy đang chạy song song với điểm đánh dấu thứ hai của đồng hồ. Bằng cách này, khoảnh khắc ánh sáng đi qua kinh tuyến có thể được ghi lại với độ chính xác đến phần trăm giây. (Trung tâm Mặt trời không được đánh dấu bởi bất cứ thứ gì, do đó, sự di chuyển của hai cạnh của nó được quan sát và sau đó kết quả thu được là thành công.)

Phương pháp được mô tả có liên quan chặt chẽ đến tốc độ phản ứng được quan sát. Giờ đây nó đã được cải tiến đáng kể, cho đến khả năng tự động ghi lại khoảnh khắc cao trào: ánh sáng từ Mặt trời đi qua một khe hẹp vào tế bào quang điện, tế bào quang điện sau sẽ gửi tín hiệu đến đồng hồ bấm giờ.

Giả sử chúng ta đã quan sát đỉnh điểm của Mặt trời trong vài ngày liên tiếp và nhận được kết quả như sau:

1979 Ngày 1 tháng 1 12 giờ 3 phút 16 giây
» 2 12 » 3 » 44 »
» 3 12 » 4 » 12 »
» 4 12 » 4 » 40 »

v.v. Rõ ràng là chúng ta lẽ ra phải đi đến kết luận rằng đồng hồ của chúng ta nhanh 28 giây mỗi ngày và sẽ có xu hướng di chuyển bộ điều chỉnh để thay đổi tốc độ của nó. Tuy nhiên, không cần chạm vào đồng hồ, vài tháng sau chúng tôi lại quan sát Mặt trời và phát hiện ra những điều sau:

1979 Ngày 1 tháng 3 12 giờ 12 phút 31 giây
» 2 12 » 12 » 19 »
» 3 12 » 12 » 7 »
» 4 12 » 11 » 55 ».

Bây giờ có vẻ như đồng hồ đang chậm đi 12 giây mỗi ngày. Có chuyện gì vậy?

Trên thực tế, nguyên nhân không phải là đồng hồ mà là sự không đồng đều trong chuyển động biểu kiến ​​của Mặt trời dọc theo đường hoàng đạo. Chính xác hơn, quỹ đạo của trái đất hình elip, do đó (theo định luật thứ hai của Kepler) Trái đất chỉ di chuyển nhanh gần điểm cận nhật, đi qua một vòng cung 1°1'10’’ mỗi ngày, xảy ra vào khoảng ngày 2 tháng 1, và chậm nhất ở gần điểm viễn nhật, vào khoảng ngày 5 tháng 7, khi vòng cung này giảm xuống 0°57'12". Ngoài ra, còn có một lý do khác, ít ảnh hưởng hơn, giải thích cho sự khác biệt giữa các khoảnh khắc đạt đến đỉnh điểm của Mặt trời Nó nằm ở chỗ các phần giống hệt nhau của hoàng đạo được chiếu lên mặt phẳng xích đạo.

12

Hình 3. Các đoạn hoàng đạo có kích thước bằng nhau khi chiếu lên xích đạo cho ra những phần không bằng nhau.

các đoạn bằng nhau là đoạn ngắn nhất gần các phương trình (Hình 3).

Do đó, hóa ra thời gian do chuyển động biểu kiến ​​của Mặt trời đưa ra, được gọi là thời gian mặt trời thực, không đồng đều gấp bốn lần và không phù hợp để sử dụng chính xác. Vì vậy, cần phải đưa ra một khái niệm mới - thời gian mặt trời trung bình, dựa trên thời gian trung bình của các ngày mặt trời thực sự trong cả năm. Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng thời gian trung bình của mặt trời được tính bởi một điểm tưởng tượng gọi là mặt trời trung bình, điểm này chuyển động đều dọc theo đường xích đạo thiên cầu, thực hiện một vòng quay trong năm.

Sự khác biệt giữa thời gian mặt trời trung bình và thực tế được gọi là phương trình thời gian. Trong suốt một năm, phương trình thời gian dao động trong khoảng từ +14,3 phút (giữa tháng 2) đến -16,4 phút (đầu tháng 11), vượt qua số 0 bốn lần (khoảng ngày 16 tháng 4, ngày 14 tháng 6, ngày 2 tháng 9 và ngày 25 tháng 12). Biểu đồ của phương trình thời gian thay đổi được thể hiện trong Hình 4. Ví dụ, trong tháng 12, phương trình thời gian thay đổi nhanh chóng theo hướng tích cực, gây ra sự lây nhiễm lũy tiến trong nửa ngày từ ngày này sang ngày khác. Điều tương tự cũng xảy ra với bình minh và hoàng hôn. Do đó, khi sau ngày 22 tháng 12, độ dài trong ngày bắt đầu tăng dần, mức tăng này giảm hoàn toàn vào buổi tối và buổi sáng tiếp tục lây nhiễm trong vài ngày nữa. Vì vậy, ở Moscow, mặt trời mọc muộn nhất là khoảng 30 ngày và mặt trời lặn sớm nhất là vào khoảng ngày 15 tháng 12.

Thời gian thực của mặt trời được xác định bằng đồng hồ mặt trời (Hình 5). Trong đó, một teng ostern, song song với trục quay của Trái đất, hoặc cạnh xiên của tấm thẳng đứng rơi trên mặt số nằm ngang, dọc hoặc nghiêng có các vạch chia, tùy thuộc vào hướng của nó. Nếu bạn thêm phương trình thời gian vào chỉ số của một chiếc đồng hồ như vậy, bạn sẽ có được thời gian mặt trời trung bình. Khi đồng hồ chỉ 12 giờ thì đó là buổi trưa bình thường ở địa phương. Chúng ta nói “địa phương” vì buổi trưa không diễn ra cùng lúc ở những nơi khác nhau (điều này phụ thuộc vào vị trí địa lý).

Ngày xưa, mỗi thành phố sống theo giờ địa phương riêng, vì vậy, chẳng hạn, ở Moscow, đồng hồ luôn hiển thị nhiều hơn 29 phút so với ở St. Petersburg. Điều này tạo ra nhiều bất tiện, thậm chí là nhầm lẫn trong giao thông vận tải và quan hệ quốc tế. Do đó, người ta đã đề xuất giới thiệu cái được gọi là múi giờ. Ở mọi nơi trong cùng một múi giờ, ranh giới của chúng có kinh độ khác nhau khoảng 15° thì thời gian được coi là như nhau; Ở các làng lân cận, thời gian chênh lệch một giờ. Bản gốc, số 0, sẽ bị lấn chiếm bởi người có trung gian sẽ tiếp tục kinh tuyến Greenwich. Số lượng posyas đi từ nó về phía đông và số posyas cho biết thời gian của nó nhanh hơn bao nhiêu giờ so với giờ Greenwich, được gọi là giờ phổ quát. Vì vậy, Moscow và Leningrad nằm trong posyas thứ hai, và do đó

13

Hình 5. Đồng hồ mặt trời nằm ngang.

Giờ tiêu chuẩn ở đó dài hơn chính xác hai giờ so với giờ phổ quát.

Ở Liên Xô, giờ thường lệ được áp dụng vào năm 1919, nhưng vào năm 1930, để tiết kiệm điện thắp sáng, giờ thường lệ đã được cộng thêm một giờ; thời gian như vậy bắt đầu được gọi là nghỉ thai sản. Đặc biệt, giờ thai sản thứ hai được gọi là Matxcova.

Vì vậy, có rất nhiều hệ thống chấm công khác nhau. Nhưng đối với mỗi sự kiện, thời gian vắng mặt trong một hệ thống có thể được liên kết với thời gian trong hệ thống khác.

Ví dụ: hãy tính thời điểm bắt đầu buổi trưa thực sự ở địa phương. Theo định nghĩa, buổi trưa này xảy ra vào lúc 12 giờ đúng giờ. Theo thời gian trung bình thì sẽ là 12 giờ, phương trình thời gian là η phút. Giờ quốc tế tại thời điểm này sẽ ít hơn 1/15 λ giờ (hoặc 4 λ phút). Ở đây λ là kinh độ đông của một địa điểm nhất định tính bằng độ và giá trị đặt ở λ được lấy từ phép tính Trái đất quay quanh trục của nó 360 độ trong 24 giờ, do đó 1° tương ứng với 1/15 của một giờ (hoặc 4 phút). Để có được thời gian biểu kiến, bạn cần thêm n giờ (hoặc 60 n phút) vào thời gian phổ quát đã tìm được, trong đó n là số vị trí giờ. Cuối cùng, thời gian thai sản sẽ dài hơn 1 giờ (hoặc 60 phút). Như vậy, buổi trưa thực sự ở một nơi nhất định diễn ra theo thời gian quy định tại thời điểm đó.

t=12 h+η phút -1/15 λ h+(n+1) h.
Trong công thức này, chỉ có phương trình η là thay đổi, tùy theo ngày; từ năm này sang năm khác, nó lặp lại với những biến động nhỏ liên quan đến sự trùng hợp không hoàn toàn giữa thời gian của năm dương lịch với năm thiên nhiên (năm nhiệt đới), bằng 365,2422 ngày.

Ví dụ, chúng ta hãy tìm thời điểm buổi trưa thực sự ở Mátxcơva vào ngày 1 tháng 1 năm 1979. Sử dụng bản đồ địa lý, chúng ta sẽ tìm được kinh độ của Mátxcơva: λ=37,5°. Số Posyak cho Moscow n=2, phương trình thời gian η=3 phút (xem Hình 4). Sau đó, thời điểm mong muốn

Hình 6. Sự khác biệt giữa đường đi của Mặt trời qua kinh tuyến và độ cao lớn nhất của Mặt trời so với đường chân trời. Đường cong liền nét mô tả vòng cung hàng ngày của Mặt trời với độ xích vĩ không đổi. Đường đứt nét mô tả vòng cung ban ngày của ngôi sao với độ xích vĩ tăng dần vào mùa xuân và độ xích vĩ giảm dần vào mùa thu. M là điểm kinh tuyến, H là điểm có độ cao lớn nhất.