Zaznaczając upływ czasu, na każdy dzień przeznaczamy 24 godziny.
Większość z nas dobrze wie, że doba ma 24 godziny, ale nie jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że nie odpowiada to obrotowi Ziemi o 360 stopni. Jednak większość dni jest dłuższa lub krótsza niż 24 godziny; Tylko 4 dni w roku mają dokładnie 24 godziny.
Chociaż jest to średnia długość dnia, większość dni nie ma w rzeczywistości 24 godzin.
Ten wykres przedstawia analemę utworzoną przez obrazowanie słońca w tym samym czasie przez cały rok. Fakt, że Słońce nie znajduje się w tym samym miejscu, jest połączonym efektem nachylenia/nachylenia osiowego, naszej ekscentryczności orbity i zmian prędkości, gdy krążymy wokół Słońca. Słońce nie jest codziennie w tej samej pozycji, ponieważ każdy dzień nie ma dokładnie 24 godzin.
Wbrew temu, czego można by się spodziewać, dzisiaj nie jest czas potrzebny na obrót o 360 stopni wokół planety.
Ziemia, poruszając się po swojej orbicie wokół Słońca i obracając się wokół własnej osi, zawsze definiuje „południe” i „północ” w ten sam sposób: wysokość Słońca nad lub pod horyzontem jest powiększona. Ten moment w czasie nie odpowiada obrotowi Ziemi o 360 ° z poprzedniego dnia, ale raczej bliżej 360,9856 °, ze względu na addytywne efekty ruchu Ziemi wokół Słońca.
Obracamy się o 360 stopni co 23 godziny, 56 minut i 4,09 sekundy, co w skrócie daje nam 00:03:55,91.
Te ślady gwiazd pojawiają się na niebie dzięki długotrwałemu fotografowaniu bieguna północnego w połączeniu z fizycznym zjawiskiem obracającej się Ziemi. Chociaż nikomu nie udało się uchwycić śladu gwiazd w 360 stopniach, zaskakuje ludzi, gdy dowiadują się, że nie potrzeba 24-godzinnego zdjęcia, aby zamknąć krąg, tylko 23-godzinną, 56-minutową, 4,09-sekundową ekspozycję, ponieważ opiera się w gwiezdny dzień, a nie dzień słoneczny.
Pełen obrót, astronomicznie, to a dzień astronomiczny: różni się od A dzień słoneczny (kalendarz).
Kiedy Ziemia obraca się o pełne 360 stopni wokół własnej osi, nie postarzała się jeszcze o cały dzień, ponieważ również zmieniła swoją orbitę wokół Słońca. Musi więc obrócić się o prawie dodatkowy stopień, aby „dogonić”, co wyjaśnia różnicę między dniem gwiezdnym (obrót o 360 stopni) a dniem słonecznym/dniem kalendarzowym (w którym słońce powraca do pozycji poprzedniego dzień).
Tradycyjne dni są określane przez powrót słońca do poprzedniej pozycji z poprzedniego dnia.
W ciągu 365-dniowego roku Słońce wydaje się poruszać nie tylko w górę i w dół nieba, zgodnie z naszym nachyleniem osiowym, ale także do przodu i do tyłu, zgodnie z zaćmieniem i eliptyczną orbitą wokół Słońca. Kiedy oba efekty są połączone, uszczypnięta cyfra-ósemka, która powstaje, jest znana jako analemma. Przedstawione tutaj zdjęcia słońca to 52 wybrane zdjęcia z obserwacji Cesara Cantu w Meksyku w ciągu roku kalendarzowego.
Wymaga to obliczenia ruchu Ziemi w przestrzeni.
Ten spektakl Ziemi pochodzi ze statku kosmicznego NASA MESSENGER, który musiał przelecieć obok Ziemi i Wenus, aby stracić wystarczająco dużo energii, aby dotrzeć do miejsca docelowego: Merkurego. Nie można zaprzeczyć okrągłej i obracającej się Ziemi oraz jej właściwościom, ponieważ ta rotacja wyjaśnia, dlaczego Ziemia jest wybrzuszona w środku, ściśnięta na biegunach i ma różne średnice równikowe i biegunowe. Jednak potrzeba więcej niż jednego obrotu, aby wyjaśnić długość dnia, ponieważ Ziemia również porusza się w przestrzeni względem Słońca.
Ziemia potrzebuje około 1 stopnia dodatkowego obrotu, aby obliczyć swój dzienny ruch wokół Słońca.
Ten diagram bez skali pokazuje różnicę między dniem gwiezdnym, w którym Ziemia obraca się o pełne 360 stopni, a dniem słonecznym, który wymaga dodatkowych 3 minut i 55,91 sekundy, aby Ziemia obróciła się na tyle, by Słońce powróciło do swojego położenie na niebie z poprzedniego dnia. Ziemia nie tylko obraca się wokół własnej osi, ale także krąży wokół słońca: oba aspekty muszą być brane pod uwagę przy ustalaniu dnia kalendarzowego.
Ten „dodatkowy” obrót o 0,9856° odpowiada dodatkowym 235,91 sekundy, wydłużając dzień słoneczny do 24 godzin.
Jedno okrążenie orbity Ziemi po ścieżce wokół Słońca to podróż o długości 940 milionów kilometrów. Dodatkowe 3 miliony kilometrów, które Ziemia pokonuje każdego dnia w przestrzeni kosmicznej, gwarantuje, że obrót o 360 stopni wokół naszej osi nie spowoduje powrotu Słońca do tej samej względnej pozycji na niebie z dnia na dzień. To dlatego nasza doba jest dłuższa niż 23 godziny, 56 minut i 4,09 sekundy, co jest czasem wymaganym, aby kulista Ziemia obróciła się o pełne 360 stopni.
Ale prędkość orbitalna Ziemi również się zmienia, poruszając się szybciej w pobliżu peryhelium w styczniu i wolniej pod koniec lipca.
Drugie prawo Keplera mówi, że planety omiatają równe obszary, używając słońca jako pojedynczego ogniska, w równych odstępach czasu, niezależnie od innych parametrów. Ten sam obszar (niebieski) jest skanowany w każdym określonym przedziale czasu. Zielona strzałka to prędkość. Fioletowa strzałka skierowana w stronę słońca to koło. Planety poruszają się po elipsach wokół Słońca (pierwsze prawo Keplera), omiatają równe pola w równych czasach (drugie prawo Keplera) i mają okresy proporcjonalne do ich półosi wielkiej podniesionej do potęgi 3/2 (trzecie prawo). Orbita Ziemi ma małą ekscentryczność, co powoduje, że jej maksymalna prędkość orbitalna w peryhelium jest o około 3% większa niż minimalna prędkość w aphelium.
W pobliżu Słońca Ziemia obraca się z prędkością 30,3 km/s, podczas gdy w najdalszym punkcie porusza się z prędkością 29,3 km/s.
Orbity planet w wewnętrznym Układzie Słonecznym nie są idealnie okrągłe, ale raczej eliptyczne. Planety poruszają się szybciej w peryhelium (bliżej Słońca) niż w aphelium (dalej od Słońca), zachowując moment pędu i przestrzegając praw ruchu Keplera.
Biorąc pod uwagę naszą zmienną prędkość i prędkość nie okrągłyI ukośna ścieżkadługość każdego dnia zmienia się o kilka sekund w ciągu roku.
Ponieważ Ziemia krąży wokół Słońca po elipsie, porusza się szybciej w peryhelium (bliżej Słońca) i wolniej w aphelium (dalej od Słońca), powodując zmiany w czasie wschodu i zachodu słońca, a także w czasie trwania rzeczywisty dzień, w ciągu roku. Nachylenie orbity Ziemi również wpływa na równanie czasu. Wzory te powtarzają się co roku i są specyficzne dla szerokości geograficznej, ale generalnie skutkują wzorem „ósemki” analogów Ziemi: kształt, jaki nasze słońce podąża po niebie o tej samej porze każdego dnia przez cały rok.
Te różnice wyjaśniają nasz kształt „ósemki”.
To złożone zdjęcie pokazuje ścieżkę, którą słońce przemierza niebo o tej samej porze każdego dnia w 2014 roku z Budapesztu na Węgrzech. Kształt ten jest znany jako analemma, a jego nachylenie i wysokość nad horyzontem odpowiadają porze dnia każdego zdjęcia oraz szerokości geograficznej obserwatora.
Tylko cztery razy w roku Czy Twój dzień rzeczywiście będzie miał dokładnie 24 godziny?
Ten wykres przedstawia równanie czasu dla określonego miejsca na Ziemi. Gdy nachylenie wykresu jest dodatnie, dni są krótsze; Kiedy nachylenie jest ujemne, dni się wydłużają; Kiedy nachylenie wynosi zero (w czterech podanych miejscach), dzień ma dokładnie 24 godziny. Dzieje się tak cztery razy w roku w sposób zależny od szerokości geograficznej.
Mostly Mute Monday opowiada astronomiczną historię z obrazami i grafiką oraz nie więcej niż 200 słowami.
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
Symulowanie życia może wyeliminować „co by było, gdyby” z planów awaryjnych
NASA poszukuje propozycji pogłębienia wiedzy związanej ze zmianami klimatycznymi
Wnioski o stypendium WSAVA Michael J. Day Scholarship 2024 są już otwarte