Jeder kennt es - 24 Stunden. Aber warum ist es passiert? Schauen wir uns die Geschichte des Auftretens der Hauptzeiteinheiten genauer an und finden Sie heraus, wie viele Stunden, Sekunden und Minuten ein Tag hat. Und mal sehen, ob es sich lohnt, diese Einheiten ausschließlich an astronomische Phänomene zu binden.
Woher kommt der Tag? Dies ist die Zeit einer Umdrehung der Erde um ihre Achse. Die Menschen, die immer noch wenig über Astronomie wussten, begannen, die Zeit in solchen Bereichen zu messen, einschließlich in jeder hellen und dunklen Zeit.
Aber hier gibt es ein interessantes Feature. Wann beginnt der Tag? Aus heutiger Sicht ist alles klar – der Tag beginnt um Mitternacht. Menschen alter Zivilisationen dachten anders. Es genügt, ganz an den Anfang der Bibel zu schauen, um im 1. Buch Genesis zu lesen: "... und es wurde Abend, und es wurde ein Morgen." Der Tag begann mit Darin liegt eine gewisse Logik. Die Menschen dieser Zeit wurden von der Sonne geleitet, das Dorf war vorbei, der Tag war vorbei. Abend und Nacht ist der nächste Tag.
Aber wie viele Stunden hat ein Tag? Warum wurde der Tag in 24 Stunden eingeteilt, weil das Dezimalsystem bequemer ist und vieles mehr? Wenn es, sagen wir, 10 Stunden an einem Tag und 100 Minuten in jeder Stunde gäbe, würde sich dann etwas für uns ändern? Eigentlich nichts als Zahlen, im Gegenteil, es wäre sogar bequemer zu rechnen. Aber das Dezimalsystem ist bei weitem nicht das einzige, das auf der Welt verwendet wird.
Sie verwendeten das sexagesimale Zählsystem. Und die helle Hälfte des Tages wurde gut in zwei Hälften geteilt, für jeweils 6 Stunden. Insgesamt hatte ein Tag 24 Stunden. Diese ziemlich praktische Einteilung wurde von den Babyloniern und anderen Völkern übernommen.
Bei den alten Römern war das Zählen der Zeit sogar noch interessanter. Der Countdown begann um 6 Uhr morgens. Also zählten sie von diesem Moment an weiter – die erste Stunde, die dritte Stunde. So lässt sich leicht errechnen, dass die von Christus gedachten „Arbeiter der elften Stunde“ diejenigen sind, die um fünf Uhr abends mit der Arbeit beginnen. In der Tat, zu spät!
Um sechs Uhr abends schlug die zwölfte Stunde. So viele Stunden pro Tag wurden im alten Rom gezählt. Aber es war noch Nacht! Auch die Römer haben sie nicht vergessen. Nach der zwölften Stunde begann die Nachtwache. Die Begleiter wechselten nachts alle 3 Stunden. Die Abend- und Nachtzeit wurde in 4 Wachen eingeteilt. Die erste Abendwache begann um 18 Uhr und dauerte bis 21 Uhr. Die zweite Mitternachtswache dauerte von 9 bis 12 Uhr. Die dritte Wache, von 12 Uhr nachts bis 3 Uhr morgens, endete mit dem Gesang der Hähne, weshalb es „Hahnkrähen“ genannt wurde. Die letzte, vierte Wache hieß „Morgen“ und endete um 6 Uhr morgens. Und alles fing wieder von vorne an.
Die Notwendigkeit, Uhren in Einzelteile zu zerlegen, entstand ebenfalls erst viel später, aber sie lösten sich auch damals nicht vom Sexagesimalsystem. Und dann wurde die Minute in Sekunden unterteilt. Zwar wurde später klar, dass man sich nicht nur auf die Bestimmung der Dauer von Sekunden und Tagen verlassen konnte. Für ein Jahrhundert verlängert sich die Länge des Tages um 0,0023 Sekunden - das scheint sehr wenig zu sein, aber genug, um verwirrt zu sein, wie viele Sekunden ein Tag hat. Und das sind noch nicht alle Schwierigkeiten! Unsere Erde macht nicht in einer geraden Anzahl von Tagen eine Umdrehung um die Sonne, was sich auch auf die Lösung der Frage auswirkt, wie viele Stunden ein Tag hat.
Deshalb wurde zur Vereinfachung die Sekunde nicht mit der Bewegung von Himmelskörpern gleichgesetzt, sondern mit der Zeit der Vorgänge innerhalb des ruhenden Cäsium-133-Atoms. Und um dem tatsächlichen Stand der Dinge mit der Umdrehung der Erde um die Sonne zu entsprechen, werden zweimal im Jahr - am 31. Dezember und am 30. Juni - 2 zusätzliche Schaltsekunden hinzugefügt, und einmal alle 4 Jahre - ein zusätzlicher Tag.
Insgesamt stellt sich heraus, dass ein Tag 24 Stunden oder 1440 Minuten oder 86400 Sekunden hat.
Alle an Astronomie Interessierten wissen, dass das Wort "Tag" viele verschiedene Bedeutungen hat. Zum Beispiel Sternentag, Sonnentag. Aber in letzter Zeit sind viele neue Konzepte entstanden, für die das gleiche Wort verwendet wird. In diesem Artikel geben wir genauere Definitionen.
1. Tag als Zeiteinheit
Zunächst erinnern wir daran, dass die Zeiteinheit in der Astronomie wie in anderen Wissenschaften die Sekunde des internationalen Einheitensystems SI ist - die Atomsekunde. Hier ist die Definition der Sekunde, wie sie von der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1967 gegeben wurde:
Wenn das Wort "Tag" verwendet wird, um eine Zeiteinheit zu bezeichnen, sollte es als 86400 Atomsekunden verstanden werden. In der Astronomie werden auch größere Zeiteinheiten verwendet: Das julianische Jahr hat genau 365,25 Tage, das julianische Jahrhundert genau 36525 Tage. Die Internationale Astronomische Union (eine öffentliche Organisation von Astronomen) empfahl 1976, dass Astronomen genau solche Zeiteinheiten verwenden sollten. Die Hauptzeitskala, die Internationale Atomzeit (Time Atomic International, TAI), basiert auf den Ablesungen vieler Atomuhren in verschiedenen Ländern. Damit ist formal gesehen die Grundlage für die Zeitmessung aus der Astronomie verschwunden. Die alten Einheiten "mittlere Sonnensekunde", "Sternsekunde" sollten nicht verwendet werden.
2. Ein Tag als Periode der Rotation der Erde um ihre Achse
Etwas schwieriger ist es, diese Verwendung des Wortes „Tag“ zu definieren. Dafür gibt es viele Gründe.
Erstens behält die Rotationsachse der Erde oder, wissenschaftlich gesprochen, der Vektor ihrer Winkelgeschwindigkeit keine konstante Richtung im Raum bei. Dieses Phänomen wird Präzession und Nutation genannt. Zweitens behält die Erde selbst keine konstante Ausrichtung relativ zu ihrem Winkelgeschwindigkeitsvektor bei. Dieses Phänomen wird als Bewegung der Pole bezeichnet. Daher wird der Radiusvektor (die Strecke vom Erdmittelpunkt zu einem Punkt auf der Erdoberfläche) eines Beobachters auf der Erdoberfläche nicht nach einer Umdrehung (und niemals) in die vorherige Richtung zurückkehren. Drittens die Geschwindigkeit der Erdrotation, d.h. der Betrag des Winkelgeschwindigkeitsvektors bleibt auch nicht konstant. Genau genommen gibt es also keine bestimmte Periode der Erdrotation. Aber mit einer gewissen Genauigkeit, einigen Millisekunden, können wir über die Rotationsperiode der Erde um ihre Achse sprechen.
Außerdem muss die Richtung angegeben werden, in der wir die Erdumdrehungen zählen. Derzeit gibt es drei solcher Richtungen in der Astronomie. Dies ist die Richtung zum Frühlingsäquinoktium, zur Sonne und zum Beginn der himmlischen Ephemeriden.
Die Periode der Rotation der Erde relativ zum Frühlingsäquinoktium wird Sterntag genannt. Es ist gleich 23 h 56 m 04.0905308 s . Beachten Sie, dass ein Sterntag ein Zeitraum relativ zum Frühlingspunkt ist, nicht zu den Sternen.
Das Frühlingsäquinoktium selbst macht eine komplexe Bewegung auf der Himmelskugel, daher ist diese Zahl als Durchschnittswert zu verstehen. Anstelle dieses Punktes schlug die Internationale Astronomische Union vor, die "himmlischen Ephemeriden" zu verwenden. Wir werden seine Definition nicht geben (es ist ziemlich kompliziert). Es wird so gewählt, dass die Rotationsperiode der Erde relativ zu ihr nahe an der Periode relativ zum Trägheitsbezugssystem liegt, d.h. relativ zu Sternen, genauer gesagt zu extragalaktischen Objekten. Der Rotationswinkel der Erde relativ zu dieser Richtung wird Sternwinkel genannt. Es ist gleich 23 h 56 m 04.0989036 s , etwas mehr als ein Sterntag um den Betrag, um den sich der Frühlingspunkt am Himmel aufgrund der Präzession pro Tag verschiebt.
Betrachten Sie schließlich die Rotation der Erde relativ zur Sonne. Dies ist der schwierigste Fall, da sich die Sonne am Himmel nicht entlang des Äquators, sondern entlang der Ekliptik und darüber hinaus ungleichmäßig bewegt. Aber diese sonnigen Tage sind offensichtlich die wichtigsten für die Menschen. Historisch gesehen wurde die Atomsekunde an die Periode der Rotation der Erde relativ zur Sonne angepasst, wobei die Mittelung um das 19. Jahrhundert herum erfolgte. Diese Periode entspricht 86400 Zeiteinheiten, die als mittlere Sonnensekunden bezeichnet wurden. Die Anpassung erfolgte in zwei Schritten: Zuerst wurden „Ephemeridenzeit“ und „Ephemeridensekunde“ eingeführt, dann wurde die Atomsekunde der Ephemeridensekunde gleichgesetzt. Die Atomsekunde kommt also immer noch „von der Sonne“, aber die Atomuhr ist millionenfach genauer als die „Erduhr“.
Die Rotationsperiode der Erde bleibt nicht konstant. Dafür gibt es viele Gründe. Dies sind saisonale Veränderungen in der Verteilung von Temperatur und Luftdruck rund um den Globus sowie interne Prozesse und externe Einflüsse. Unterscheiden Sie säkulare Verlangsamung, jahrzehntelange (jahrzehntelange) Unregelmäßigkeiten, saisonale und plötzliche. Auf Abb. 1 und 2 sind Diagramme, die die Änderung der Tageslänge in den Jahren 1700-2000 zeigen. und in den Jahren 2000-2006. Auf Abb. 1 gibt es einen Trend zu einer Zunahme des Tages, und in Abb. 2 - saisonale Ungleichmäßigkeit. Die Grafiken basieren auf Materialien des International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS, http://www.iers.org/).
Kann man die Grundlage der Zeitmessung an die Astronomie zurückgeben und lohnt sich das? Eine solche Möglichkeit besteht. Dies sind Pulsare, deren Rotationsperioden mit großer Genauigkeit konserviert sind. Außerdem gibt es viele von ihnen. Es ist möglich, dass Beobachtungen von Pulsaren über lange Zeiträume, zum Beispiel Jahrzehnte, dazu dienen, die Atomzeit zu verfeinern und eine „Pulsarzeit“-Skala zu erstellen.
Die Untersuchung der ungleichmäßigen Rotation der Erde ist für die Praxis sehr wichtig und aus wissenschaftlicher Sicht interessant. So ist beispielsweise die Satellitennavigation ohne Kenntnis der Erdrotation nicht möglich. Und seine Merkmale enthalten Informationen über die innere Struktur der Erde. Dieses komplexe Problem wartet auf seine Forscher.
Reis. 1. Differenz der Rotationsperiode der Erde von 86400 s SI, in Millisekunden. Daten bis Anfang des 20. Jahrhunderts. sind nicht sehr zuverlässig, aber der Trend zur Verlängerung des Tages ist deutlich erkennbar.
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Ein Tag in der Astronomie
Die Länge eines Tages auf einem Planeten hängt von der Winkelgeschwindigkeit seiner eigenen Rotation ab. In der Astronomie werden je nach Bezugssystem mehrere Tagestypen unterschieden. Wählt man als Rotationsbezugspunkt einen weit entfernten Stern, dann hat ein solcher Tag anders als der Zentralstern des Planetensystems eine andere Dauer. Beispielsweise wird auf der Erde ein mittlerer Sonnentag (24 Stunden) und ein Stern- oder Sternentag (ca. 23 Stunden 56 Minuten 4 Sekunden) unterschieden. Sie sind einander nicht gleich, da sich die Sonne aufgrund der Umlaufbahn der Erde um die Sonne für einen auf der Erdoberfläche befindlichen Beobachter vor dem Hintergrund entfernter Sterne bewegt.
Ein wahrer Sonnentag ist das Zeitintervall zwischen zwei oberen Höhepunkten (aufeinanderfolgende Durchgänge des Sonnenzentrums durch den südlichen Teil des Meridians (für die Nordhalbkugel); mit anderen Worten, die Zeit zwischen zwei wahren Mittagen); der Beginn dieses Tages wird als der Moment angenommen, in dem das Zentrum der Sonne den südlichen Teil des Meridians passiert; Der Stundenwinkel des Sonnenmittelpunkts wird als wahre Zeit bezeichnet (siehe Zeitgleichung). Wahre Sonnentage sind länger als Sterntage und ihre Dauer variiert im Laufe des Jahres, was auf die Neigung der Ekliptik zur Äquatorebene und auf die ungleichmäßige Bewegung der Erde um die Sonne zurückzuführen ist.
Internationales Einheitensystem (SI)
Die Zeiteinheit Tag (russische Bezeichnung: Tage; international: d) ist eine der außersystemischen Maßeinheiten und nicht im SI enthalten. In der Russischen Föderation ist es jedoch für den Einsatz ohne Einschränkung der Gültigkeit mit dem Geltungsbereich "alle Bereiche" zugelassen. In diesem Fall wird 1 Tag mit genau 86.400 Sekunden angenommen. In SI ist eine Sekunde definiert als 9.192.631.770 Strahlungsperioden, die einem Übergang zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundzustands eines Cäsium-133-Atoms entsprechen. Dementsprechend können 794.243.384.928.000 solcher Perioden als Definition eines Tages im SI angesehen werden.
In der Astronomie wird ein in SI-Sekunden gemessener Tag als Julianischer Tag bezeichnet.
Der durchschnittliche Sonnentag enthält keine ganzzahlige Anzahl von Sekunden (z. B. betrug ihre Dauer zur Epoche 2000.0 86400,002 s), und die Dauer des durchschnittlichen Sonnentages ist aufgrund der säkularen Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Erde auch nicht konstant Drehung (siehe ).
In anderen Sprachen
Wie oben erwähnt, im Alltag der Begriff Tag oft durch das Wort ersetzt Tag, aber auf jeden Fall gibt es im Russischen Wörter für die eindeutige Trennung der Begriffe "Tag" (heller Tag) und "Tag" (24 Stunden). Ein separates Wort für den Begriff "Tag" kommt auch in den folgenden Sprachen vor:
Im Islam wird ein Tag von Sonnenuntergang zu Sonnenuntergang gezählt, dh das vollständige Verschwinden der Sonne am Horizont markiert den Beginn eines neuen Tages, unabhängig vom Schein.
Teilung des Tages
Die Anzahl der Teile, in die der Tag oder Tag und Nacht getrennt geteilt wurden, hing vom Entwicklungsstand eines bestimmten Volkes ab und nahm mit der Entwicklung der Menschheit allmählich zu. Die meisten Völker der Neuen Welt teilten den Tag nur in vier Teile ein, die dem Aufgang der Sonne, dem höchsten Punkt ihrer Tagesreise, dem Sonnenuntergang und schließlich der Mitte der Nacht entsprachen. Laut dem Reisenden Gorrebow, der Mitte des 18. Jahrhunderts Island beschrieb, teilten die Isländer den Tag in 10 Teile. Die Araber unterschieden nur den Sonnenaufgang, ihren Aufgang und Untergang, den Sonnenuntergang, die Dämmerung, die Nacht, den ersten Hahnenschrei und die Morgendämmerung. Bei einigen, in der Vergangenheit unzivilisierten Völkern konnte man jedoch eine relativ genaue Einteilung des Tages finden, wie zum Beispiel bei den Eingeborenen der Inseln der Gesellschaft, die zu Cooks Zeiten eine Einteilung des Tages in 18 hatten Teile, deren Länge jedoch ungleich war; die kürzesten Zeitintervalle entsprachen morgens und abends, die längsten - Mitternacht und Mittag.
In Babylon gab es auch eine Einteilung von Tag und Nacht in 12 Stunden. Nach der „Geschichte“ (II, 109) von Herodot übernahmen die Griechen dieses System von den Babyloniern, später, wahrscheinlich von den Ägyptern oder Griechen, die Römer. Beispielsweise betrug im Winter die Dauer der „Tagesstunde“ in Rom etwa 45 Minuten.
| Zeitraum | Anzahl der Tageslichtstunden | Beginn der ersten Stunde des Tages in der modernen Zählung | Anzahl der Nachtstunden | Der Beginn der ersten Stunde der Nacht in der modernen Zeitrechnung |
|---|---|---|---|---|
| 27. November - 1. Januar | 7 | 8:30 | 17 | 15:30 |
| 2.-16. Januar; 11. bis 26. November | 8 | 7:21 | 16 | 15:21 |
| 17. Januar - 1. Februar; 26. Oktober - 10. November |
9 | 7:30 | 15 | 16:30 |
| 2.-17. Februar; 10.-25. Oktober | 10 | 6:21 | 14 | 16:21 |
| 18. Februar - 5. März; 24. September - 9. Oktober |
11 | 6:30 | 13 | 17:30 |
| 6. bis 20. März; 8. bis 23. September | 12 | 5:21 | 12 | 17:21 |
| 21. März - 5. April; 23. August - 7. September |
13 | 5:30 | 11 | 18:30 |
| 6. bis 22. April; 7. bis 22. August | 14 | 4:21 | 10 | 18:21 |
| 23. April - 8. Mai; 23. Juli - 6. August |
15 | 4:30 | 9 | 19:30 |
| 9.-24. Mai; 6. bis 22. Juli | 16 | 3:21 | 8 | 19:21 |
| 25. Mai - 5. Juli | 17 | 3:30 | 7 | 20:30 |
Aufteilung in 12 Hauptteile
| Tageszeiten | Name | Namensbedeutung |
|---|---|---|
| 23:00-01:00 | Stunde der Ratte | Die Zeit, in der Ratten am aktivsten nach Nahrung suchen. Ratten haben auch eine unterschiedliche Anzahl von Fingern an Vorder- und Hinterbeinen, wodurch diese Nagetiere zum Symbol einer „Umkehr“, eines „Neuanfangs“ geworden sind. |
| 01:00-03:00 | Stunde des Ochsen | Die Zeit, in der die Ochsen langsam und genussvoll wiederkäuen. |
| 03:00-05:00 | Stunde des Tigers | Die Zeit, in der Tiger am wildesten sind und auf der Suche nach Beute umherstreifen. |
| 05:00-07:00 | Stunde des Kaninchens | Die Zeit, in der der fabelhafte Jadekaninchen auf dem Mond Kräuterelixiere zubereitet, um den Menschen zu helfen. |
| 07:00-09:00 | Stunde des Drachen | Die Zeit, in der Drachen in den Himmel steigen, um es regnen zu lassen. |
| 09:00-11:00 | Stunde der Schlange | Die Zeit, in der die Schlangen ihren Unterschlupf verlassen. |
| 11:00-13:00 | Stunde des Pferdes | Die Zeit, wenn die Sonne hoch im Zenit steht und andere Tiere sich zur Ruhe legen, die Pferde noch auf den Beinen sind. |
| 13:00-15:00 | Stunde der Schafe | Die Zeit, in der Schafe und Ziegen Gras fressen und häufig urinieren. |
| 15:00-17:00 | Stunde des Affen | Zeit des aktiven Lebens von Affen |
| 17:00-19:00 | Stunde des Hahns | Die Zeit, in der sich die Hähne in ihren Gemeinschaften zu versammeln beginnen. |
| 19:00-21:00 | Stunde des Hundes | Zeit für die Hunde, ihre Pflicht zu tun, die Gebäude zu bewachen. |
| 21:00-23:00 | Stunde des Schweins | Die Zeit, in der Schweine friedlich schlafen. |
Aufteilung in 30 Hauptteile
Aufteilung in 22 Hauptteile
Aufteilung in 10 Hauptteile
| Zeit | Geologische Periode | Anzahl der Tage in einem Jahr | Tageslänge |
|---|---|---|---|
| Heute | Quartär | 365 | 24 Stunden |
| Vor 100 Millionen Jahren | Yura | 380 | 23 Stunden |
| Vor 200 Millionen Jahren | Perm | 390 | 22,5 Stunden |
| Vor 300 Millionen Jahren | Kohlenstoff | 400 | 22 Stunden |
| Vor 400 Millionen Jahren | Silurus | 410 | 21,5 Stunden |
| Vor 500 Millionen Jahren | Kambrium | 425 | 20,5 Stunden |
Um die Länge des Tages vor dem Auftreten von Korallen herauszufinden, mussten Wissenschaftler auf die Hilfe von Blaualgen zurückgreifen. Seit 1998 haben die chinesischen Forscher Zhu Shixing, Huang Xueguang und Xin Houtian vom Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources mehr als 500 1,3 Milliarden Jahre alte fossile Stromatolithen analysiert, die einst in der Nähe des Äquators wuchsen und in den Yanshan-Bergen begraben wurden. Blaualgen reagieren auf den Wechsel von hellen und dunklen Tageszeiten durch ihre Wachstumsrichtung und Farbtiefe: Tagsüber sind sie hell gefärbt und wachsen senkrecht, nachts sind sie dunkel gefärbt und wachsen horizontal. Entsprechend dem Auftreten dieser Organismen, unter Berücksichtigung ihrer Wachstumsrate und der gesammelten wissenschaftlichen Daten zur Geologie und Klimatologie, erwies es sich als möglich, die jährlichen, monatlichen und täglichen Rhythmen des Wachstums von Blaualgen zu bestimmen. Aus den erzielten Ergebnissen schlossen die Wissenschaftler, dass vor 1,3 Milliarden Jahren (in der präkambrischen Epoche) der Erdtag 14,91 bis 16,05 Stunden dauerte und das Jahr aus 546 bis 588 Tagen bestand.
Es gibt auch Gegner dieser Einschätzung, die darauf hinweisen, dass die Daten von Studien zu alten Gezeitenablagerungen, Tidalites, ihr widersprechen.
Neben einer Änderung der Geschwindigkeit der Erdrotation über einen langen Zeitraum (und der daraus resultierenden Änderung der Tageslänge) treten von Tag zu Tag unbedeutende Änderungen der Geschwindigkeit der Planetenrotation auf, die mit der Verteilung einhergehen von Massen, zum Beispiel aufgrund einer Abnahme des Volumens der Weltmeere oder der Atmosphäre aufgrund von Schwankungen ihrer Durchschnittstemperatur. . Wenn sich der Weltozean oder die Atmosphäre abkühlt, dreht sich die Erde schneller (und umgekehrt), weil als Ergebnis das Gesetz der Erhaltung, des Impulses, des Impulses gilt. Eine Veränderung der durchschnittlichen Tageslänge kann auch durch geologische Ereignisse verursacht werden, beispielsweise durch starke Erdbeben. Als Folge des Erdbebens im Indischen Ozean im Jahr 2004 verkürzte sich die Länge des Tages um etwa 2,68 Mikrosekunden. Solche Veränderungen werden notiert und können mit modernen Methoden gemessen werden.
1967 verabschiedete das Internationale Komitee für Maß und Gewicht eine feste Sekunde, ohne Bezug auf die aktuelle Länge eines Sonnentages auf der Erde. Eine neue Sekunde wurde gleich 9.192.631.770 Strahlungsperioden, die dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundzustands entsprachen
Zeit ist die wichtigste philosophische, wissenschaftliche und praktische Kategorie. Die Wahl einer Methode zur Zeitmessung interessiert den Menschen seit der Antike, als das praktische Leben mit den Umlaufzeiten von Sonne und Mond in Verbindung gebracht wurde. Trotz der Tatsache, dass die erste Uhr – die Sonne – dreieinhalb Jahrtausende v. Chr. erschien, bleibt dieses Problem ziemlich kompliziert. Oft ist es nicht so einfach, die einfachste Frage zu beantworten, zum Beispiel „Wie viele Stunden hat ein Tag?“.
Geschichte der Zeitmessung
Der Wechsel von hellen und dunklen Tageszeiten, Schlaf- und Wachzeiten, Arbeit und Ruhe begann schon in Urzeiten für den Menschen den Lauf der Zeit zu bedeuten. Jeden Tag bewegte sich die Sonne tagsüber von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang über den Himmel und der Mond nachts. Es ist logisch, dass der Zeitraum zwischen den gleichen Phasen der Bewegung der Leuchten zu einer Einheit der Zeitberechnung geworden ist. Tag und Nacht formten sich allmählich zu einem Tag – ein Konzept, das den Datumswechsel bestimmt. Auf ihrer Grundlage erschienen kürzere Zeiteinheiten - Stunden, Minuten und Sekunden.
Zum ersten Mal begannen sie in der Antike zu bestimmen, wie viele Stunden ein Tag hat. Die Entwicklung des Wissens in der Astronomie führte dazu, dass Tag und Nacht in gleiche Zeiträume unterteilt wurden, die mit dem Aufstieg bestimmter Sternbilder zum Himmelsäquator verbunden waren. Und die Griechen übernahmen das sexagesimale Zahlensystem von den alten Sumerern, die es für das praktischste hielten.
Warum genau 60 Minuten und 24 Stunden?
Um etwas zu zählen, benutzte der alte Mann das, was normalerweise immer zur Hand ist - die Finger. Von hier stammt das in den meisten Ländern übernommene Dezimalzahlensystem. Eine andere Methode, die auf den Phalangen der vier Finger der offenen Handfläche der linken Hand basiert, blühte in Ägypten und Babylon auf. In der Kultur und Wissenschaft der Sumerer und anderer Völker Mesopotamiens wurde die Zahl 60 heilig.In vielen Fällen war es möglich, sie durch das Vorhandensein vieler Teiler, von denen einer 12 ist, spurlos zu teilen.
Das mathematische Konzept, wie viele Stunden ein Tag hat, stammt aus dem antiken Griechenland. Die Griechen berücksichtigten einst nur die Tageslichtstunden im Kalender und teilten die Zeit von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang in zwölf gleiche Intervalle ein. Dann machten sie dasselbe mit der Nachtzeit, was zu einer 24-teiligen Unterteilung des Tages führte. Griechische Wissenschaftler wussten, dass sich die Länge des Tages im Laufe des Jahres ändert, daher gab es lange Zeit Tag- und Nachtstunden, die nur an den Tagundnachtgleichen gleich waren.
Von den Sumerern übernahmen die Griechen auch die Einteilung des Kreises in 360 Grad, auf deren Grundlage ein System geographischer Koordinaten entwickelt wurde und die Einteilung der Stunde in Minuten (minuta prima (lat.) - „reduzierter erster Teil“ (der Stunde)) und Sekunden (secunda divisio (lat.) - "zweite Division" (Stunden)).
Sonnentag
Die Bedeutung des Tages in Bezug auf die Wechselwirkung von Himmelskörpern ist die Zeitspanne, in der die Erde eine vollständige Umdrehung um die Rotationsachse macht. Es ist üblich, dass Astronomen mehrere Klarstellungen vornehmen. Sie greifen einen Sonnentag heraus – Beginn und Ende einer Umdrehung wird durch den Standort der Sonne am gleichen Punkt in der Himmelskugel betrachtet – und unterteilen sie in wahr und durchschnittlich.
Es ist unmöglich, auf die nächste Sekunde genau zu sagen, wie viele Stunden an einem Tag wahre Sonnenstunden genannt werden, ohne ein bestimmtes Datum anzugeben. Im Laufe des Jahres ändert sich ihre Dauer periodisch um fast eine Minute. Dies liegt an der Unregelmäßigkeit und komplexen Flugbahn der Leuchte in der Himmelskugel - die Rotationsachse des Planeten hat eine Neigung von etwa 23 Grad gegenüber der Ebene des Himmelsäquators.
Mehr oder weniger genau kann man sagen, wie viele Stunden und Minuten ein Tag hat, was Experten als durchschnittliche Sonneneinstrahlung bezeichnen. Dies sind die im Alltag üblichen kalendarischen Zeitintervalle, die ein bestimmtes Datum bestimmen. Sie gelten als von konstanter Dauer, dh sie dauern genau 24 Stunden oder 1440 Minuten oder 86.400 Sekunden. Aber auch diese Aussage ist bedingt. Es ist bekannt, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Erde abnimmt (ein Tag verlängert sich um 0,0017 Sekunden in hundert Jahren). Die Intensität der Rotation des Planeten wird durch komplexe kosmische Gravitationswechselwirkungen und spontane geologische Prozesse in ihm beeinflusst.
siderischer Tag
Moderne Anforderungen an Berechnungen in der Weltraumballistik, Navigation usw. sind so, dass die Frage, wie viele Stunden ein Tag dauert, eine Lösung mit einer Genauigkeit von Nanosekunden erfordert. Dafür werden stabilere Referenzpunkte als nahe gelegene Himmelskörper gewählt. Wenn wir die volle Erdumdrehung berechnen und ihre Position relativ zum Frühlingsäquinoktium als Anfangsmoment nehmen, können wir die Dauer des Tages erhalten, die siderisch genannt wird.
Die moderne Wissenschaft bestimmt genau, wie viele Stunden eines Tages den schönen Namen Sternstunden tragen - 23 Stunden 56 Minuten 4 Sekunden. Darüber hinaus ist ihre Dauer in einigen Fällen sogar noch spezifischer: Die wahre Anzahl von Sekunden beträgt 4,0905308333. Aber auch dieser Grad der Verfeinerung reicht nicht aus: Die Ungleichförmigkeit der Umlaufbahn des Planeten wirkt sich auf die Konstanz des Bezugspunktes aus. Um diesen Faktor zu eliminieren, wird ein spezieller, ephemerischer Koordinatenursprung gewählt, der extragalaktischen Radioquellen zugeordnet ist.
Zeit und Kalender
Die endgültige Version zur Bestimmung der Stundenzahl eines Tages, die der Moderne nahe kommt, wurde im alten Rom mit der Einführung des Julianischen Kalenders übernommen. Im Gegensatz zum altgriechischen Zeitsystem wurde der Tag unabhängig von Tages- und Jahreszeit in 24 gleiche Intervalle eingeteilt.
Verschiedene Kulturen verwenden ihre eigenen Kalender, die bestimmte Ereignisse als Ausgangspunkt haben, meistens religiöser Natur. Aber die Dauer des durchschnittlichen Sonnentages auf der ganzen Erde ist gleich.
1. Tag als Zeiteinheit
Zunächst erinnern wir daran, dass die Zeiteinheit in der Astronomie wie in anderen Wissenschaften die Sekunde des internationalen Einheitensystems SI ist - die Atomsekunde. Hier ist die Definition der Sekunde, wie sie von der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1967 gegeben wurde:
Eine Sekunde ist die Dauer von 9.192.631.770 Strahlungsperioden des Cäsium-133-Atoms, die von ihm während des Übergangs zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundzustands emittiert werden (siehe die Seite des Internationalen Büros für Maß und Gewicht, dort werden auch einige Erläuterungen gegeben) .
Wenn das Wort "Tag" verwendet wird, um eine Zeiteinheit zu bezeichnen, sollte es als 86400 Atomsekunden verstanden werden. In der Astronomie werden auch größere Zeiteinheiten verwendet: Das julianische Jahr hat genau 365,25 Tage, das julianische Jahrhundert genau 36525 Tage. Die Internationale Astronomische Union (eine öffentliche Organisation von Astronomen) empfahl 1976, dass Astronomen genau solche Zeiteinheiten verwenden sollten. Die Hauptzeitskala, die Internationale Atomzeit (Time Atomic International, TAI), basiert auf den Ablesungen vieler Atomuhren in verschiedenen Ländern. Damit ist formal gesehen die Grundlage für die Zeitmessung aus der Astronomie verschwunden. Die alten Einheiten "mittlere Sonnensekunde", "Sternsekunde" sollten nicht verwendet werden.
2. Ein Tag als Periode der Rotation der Erde um ihre Achse
Etwas schwieriger ist es, diese Verwendung des Wortes „Tag“ zu definieren. Dafür gibt es viele Gründe.
Erstens behält die Rotationsachse der Erde oder, wissenschaftlich gesprochen, der Vektor ihrer Winkelgeschwindigkeit keine konstante Richtung im Raum bei. Dieses Phänomen wird Präzession und Nutation genannt. Zweitens behält die Erde selbst keine konstante Ausrichtung relativ zu ihrem Winkelgeschwindigkeitsvektor bei. Dieses Phänomen wird als Bewegung der Pole bezeichnet. Daher wird der Radiusvektor (die Strecke vom Erdmittelpunkt zu einem Punkt auf der Erdoberfläche) eines Beobachters auf der Erdoberfläche nicht nach einer Umdrehung (und niemals) in die vorherige Richtung zurückkehren. Drittens die Geschwindigkeit der Erdrotation, d.h. der Betrag des Winkelgeschwindigkeitsvektors bleibt auch nicht konstant. Genau genommen gibt es also keine bestimmte Periode der Erdrotation. Aber mit einer gewissen Genauigkeit, einigen Millisekunden, können wir über die Rotationsperiode der Erde um ihre Achse sprechen.
Außerdem muss die Richtung angegeben werden, in der wir die Erdumdrehungen zählen. Derzeit gibt es drei solcher Richtungen in der Astronomie. Dies ist die Richtung zum Frühlingsäquinoktium, zur Sonne und zum Beginn der himmlischen Ephemeriden.
Die Periode der Rotation der Erde relativ zum Frühlingsäquinoktium wird Sterntag genannt. Es ist gleich 23h 56m 04.0905308s. Beachten Sie, dass ein Sterntag ein Zeitraum relativ zum Frühlingspunkt ist, nicht zu den Sternen.
Das Frühlingsäquinoktium selbst macht eine komplexe Bewegung auf der Himmelskugel, daher ist diese Zahl als Durchschnittswert zu verstehen. Anstelle dieses Punktes schlug die Internationale Astronomische Union vor, die "himmlischen Ephemeriden" zu verwenden. Wir werden seine Definition nicht geben (es ist ziemlich kompliziert). Es wird so gewählt, dass die Rotationsperiode der Erde relativ zu ihr nahe an der Periode relativ zum Trägheitsbezugssystem liegt, d.h. relativ zu Sternen, genauer gesagt zu extragalaktischen Objekten. Der Rotationswinkel der Erde relativ zu dieser Richtung wird Sternwinkel genannt. Es ist gleich 23h 56m 04.0989036s, etwas mehr als ein Sterntag um den Betrag, um den sich der Frühlingspunkt am Himmel aufgrund der Präzession pro Tag verschiebt.
Betrachten Sie schließlich die Rotation der Erde relativ zur Sonne. Dies ist der schwierigste Fall, da sich die Sonne am Himmel nicht entlang des Äquators, sondern entlang der Ekliptik und darüber hinaus ungleichmäßig bewegt. Aber diese sonnigen Tage sind offensichtlich die wichtigsten für die Menschen. Historisch gesehen wurde die Atomsekunde an die Periode der Rotation der Erde relativ zur Sonne angepasst, wobei die Mittelung um das 19. Jahrhundert herum erfolgte. Diese Periode entspricht 86400 Zeiteinheiten, die als mittlere Sonnensekunden bezeichnet wurden. Die Anpassung erfolgte in zwei Schritten: Zuerst wurden „Ephemeridenzeit“ und „Ephemeridensekunde“ eingeführt, dann wurde die Atomsekunde der Ephemeridensekunde gleichgesetzt. Die Atomsekunde kommt also immer noch „von der Sonne“, aber die Atomuhr ist millionenfach genauer als die „Erduhr“.
Die Rotationsperiode der Erde bleibt nicht konstant. Dafür gibt es viele Gründe. Dies sind saisonale Veränderungen in der Verteilung von Temperatur und Luftdruck rund um den Globus sowie interne Prozesse und externe Einflüsse. Unterscheiden Sie säkulare Verlangsamung, jahrzehntelange (jahrzehntelange) Unregelmäßigkeiten, saisonale und plötzliche. Auf Abb. 1 und 2 sind Diagramme, die die Änderung der Tageslänge in den Jahren 1700-2000 zeigen. und in den Jahren 2000-2006. Auf Abb. 1 gibt es einen Trend zu einer Zunahme des Tages, und in Abb. 2 - saisonale Ungleichmäßigkeit. Die Grafiken basieren auf Materialien des International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS).
Kann man die Grundlage der Zeitmessung an die Astronomie zurückgeben und lohnt sich das? Eine solche Möglichkeit besteht. Dies sind Pulsare, deren Rotationsperioden mit großer Genauigkeit konserviert sind. Außerdem gibt es viele von ihnen. Es ist möglich, dass Beobachtungen von Pulsaren über lange Zeiträume, zum Beispiel Jahrzehnte, dazu dienen, die Atomzeit zu verfeinern und eine „Pulsarzeit“-Skala zu erstellen.
Die Untersuchung der ungleichmäßigen Rotation der Erde ist für die Praxis sehr wichtig und aus wissenschaftlicher Sicht interessant. So ist beispielsweise die Satellitennavigation ohne Kenntnis der Erdrotation nicht möglich. Und seine Merkmale enthalten Informationen über die innere Struktur der Erde. Dieses komplexe Problem wartet auf seine Forscher.
