Научно-популярная статья А. Михайловского посвящена способам определения времени по звёздному небу без использования часов и специальных приборов. Автор объясняет, как ориентироваться по Полярной звезде, созвездиям Малой и Большой Медведицы и использовать их в качестве своеобразного небесного циферблата. В доступной форме рассматриваются основы практической астрономии, различия между звёздным и солнечным временем, а также приводятся расчёты для получения достаточно точного результата. Статья содержит пошаговый метод вычисления времени по расположению звёзд и рекомендации по повышению точности наблюдений с учётом географического положения наблюдателя.
Читатели Майн-Рида, Фенимора Купера, Джека Лондона, Жюль Верна и других прославленных романистов не раз встречались с героями, которые распознавали время по звёздам.
— Пора в путь, — говорил какой-нибудь Том или Джек, взглянув на звёзды, — уже четыре часа утра.
Уметь определить время по звёздам без часов и вообще без каких-либо инструментов интересно и важно и в наше время, когда карманные или наручные часы становятся необходимой принадлежностью быта. Во-первых, далеко ещё не все обладают часами, во-вторых, даже имея часы, ночью не всегда ими можно воспользоваться. Для этого у часов должен быть светящийся циферблат, в противном случае придётся зажечь спичку. Но зажигать свет не всегда желательно. Представьте себе, что вы охотник, сторожащий зверя, или разведчик, пробирающийся в тыл к противнику, или же, наконец, вы часовой в секрете. Зажечь свет в таких условиях — значит выдать своё присутствие. Как полезно в такие моменты обладать умением героев Майн-Рида, чтобы узнать время хотя бы приблизительно!
Но, может быть, умение определять время по звёздам — это какая-то особая наука? Или это — искусство, которое является результатом необычайной наблюдательности и навыка, вырабатывающихся годами?
Вовсе нет. Определить время по звёздам не так уж трудно. Оговоримся, однако, что без приборов это можно сделать лишь приблизительно, с точностью до получаса. При известном навыке точность можно повысить почти вдвое. Такая точность во многих случаях вполне нас удовлетворит.
Звёздное небо можно уподобить громадному часовому циферблату. Сами звезды — это как бы часовые стрелки, равномерно вращающиеся по небесному циферблату. Нужно только научиться пользоваться этими стрелками.
*
Представим себе часы, у которых потеряна минутная стрелка. Можно ли определить время по таким часам? Конечно, можно, но приблизительно: с точностью примерно до 10 минут. Теперь предположим, что у наших часов, имеющих только часовую стрелку, нет циферблата или все цифры на нем стёрты. Можно ли и теперь узнать время? Тоже можно. Нужно только знать, где у таких часов «верх» и где «низ», другими словами, где должно стоять число 12. Если это известно, то часами можно пользоваться с некоторой точностью. Увидев, что стрелка стоит горизонтально и направлена острием влево, вы сразу скажете, что часы показывают приблизительно 9 часов. Точно так же стрелка, направленная отвесно вниз, показывает 6 часов. Если же она займёт положение, промежуточное между этими двумя, то будет половина восьмого. При некотором навыке удаётся оценивать даже дробные части часа, вплоть до десятых долей.
 |
У этих часов нет минутной стрелки и цифр на циферблате. Но
тем не менее по ним нетрудно определить время. Левые часы показывают девять
часов, средние — шесть, правые — половину восьмого. |
Представьте себе такие часы на северной части небесного свода. Центр этих часов совместите с Полярной звездой таким образом, чтобы прямо вверх от неё расположилось число 12, тогда прямо вниз будет цифра 6, направо цифра 3, а налево — 9. Небесный часовой циферблат готов. Остаётся укрепить на этом циферблате часовую стрелку.
 |
Поместим воображаемый циферблат в северной части неба так,
чтобы его центр совпадал с Полярной звездой. |
В качестве часовой стрелки возьмём линию, соединяющую Полярную звезду со звездой Бета в созвездии Малой Медведицы. Можно было бы взять и другую звезду, но Бета Малой Медведицы самая удобная, так как в пределах СССР она никогда не заходит за горизонт и из ярких звёзд расположена ближе других к Полярной. По яркости она чуть слабее последней.
 |
| 3везда Бета созвездия Малой Медведицы будет играть роль конца часовой стрелки. |
Найти на небе Полярную звезду и созвездие Малой Медведицы очень легко по широко известному «ковшу» Большой Медведицы. Для тех, кто совершенно незнаком с картиной звёздного неба, приводим рисунки, показывающие конфигурацию и взаимное расположение этих созвездий.
Итак, «звёздные часы» готовы. Остаётся определять с их помощью время. Однако не торопитесь. Наша звёздная стрелка показывает какое-то условное время; для практического использования это время нужно перевести в общепринятое. Тут придётся заняться арифметикой.
Пусть, например, наша звёздная часовая стрелка показывает 7 часов. Прибавим к этому показанию небесных часов число месяцев, протёкших с начала года, выражая это число с десятыми долями. Так, если мы занимаемся определением времени 15 сентября, то с начала года прошло 8,5 месяца (чтобы узнать число десятых долей, нужно день месяца разделить на 3). Полученную сумму 7+8,5=15,5 удваиваем: 15,5×2=31. Наконец, результат умножения нужно вычесть из некоторого постоянного для данной звезды числа, которое нужно запомнить. Для звезды Бета Малой Медведицы это число равно 57,2. Если после вычитания остаток превышает число 24, то нужно вычесть ещё 24 (то есть полные сутки). В данном случае так и будет: 57,2—31=26,2. Вычитаем ещё 24 и получим: 26,2—24=2,2, то есть 2 часа 12 минут (каждая десятая доля часа составляет 6 минут). Окончательный результат мы получаем по 24-часовому счету. Значит, найденное нами время есть 2 часа 12 минут ночи.
Формулируем коротко общее правило: ко времени, отсчитанному по небесным часам, нужно прибавить число месяцев, прошедших с начала года, сумму удвоить и результат вычесть из постоянного числа, то есть из 57,2. Отсчёт по небесным часам и число месяцев нужно брать с десятыми долями.
Нужно заметить, что найденное в итоге этих расчётов время есть не что иное, как так называемое среднее солнечное время для данного пункта наблюдений, увеличенное на 1 час (согласно декрету Совета народных комиссаров СССР о переводе часовой стрелки на 1 час вперёд, изданному в 1930 году). Гражданское же, или, вернее, поясное, время может отличаться от среднего солнечного до получаса. Чтобы учесть и это обстоятельство, нужно знать хотя бы приблизительно географическую долготу данного пункта. Однако это усложнит решение вопроса, и мы удовольствуемся тем, что будем определять время с ошибкой до получаса.
*
Откуда же взялось приведённое выше правило для определения времени по звёздам? И что это за постоянное число для звезды, которой мы приписываем роль конца часовой стрелки?
Здесь придётся немного заняться основами практической астрономии.
Вследствие вращения земного шара каждая звезда описывает окружность вокруг полюса мира, расположенного вблизи Полярной звезды. Полный круг звезда описывает в течение суток. Однако эти сутки, если их измерять по обычным часам, составляют не 24 часа, а на 3 минуты 56 секунд меньше (это явление связано с движением Земли вокруг Солнца). Но можно так отрегулировать часы, чтобы за время полного оборота звезды они прошли ровно 24 часа. Такие часы называются звёздными часами. Они будут показывать звёздное время, в отличие от обычных часов, фиксирующих среднее солнечное время. Звёздные часы каждые сутки будут уходить вперёд от солнечных на 3 минуты 56 секунд, или, приблизительно, на 4 минуты. Каждый месяц они будут уходить вперёд на 2 часа, а за год это составит 24 часа, то есть ровно сутки.
Только один раз в году, а именно 22 сентября, в день осеннего равноденствия, показания звёздных и солнечных часов совпадают. Следовательно, в момент встречи нового года звёздные часы будут показывать 6 часов 37 минут, так как да 101 день, с 22 сентября по 1 января, они уйдут вперёд именно на этот отрезок времени. Округлённо его можно принять равным 6,6 часа. Дальше солнечные часы будут продолжать отставать от звёздных на 2 часа каждый месяц. Поэтому, зная звёздное время, легко приблизительно подсчитать солнечное время. Для этого из показания звёздных часов нужно вычесть 6,6 часа и, кроме того, удвоенное число месяцев, протёкших с начала года.
Как же узнать само звёздное время? Из практической астрономии известно, что звёздное время в данный момент равно так называемому часовому углу «точки весеннего равноденствия». Вблизи этой точки нет звезды, достаточно удобной для наблюдения. Но практически можно определить звёздное время по любой звезде как сумму часового угла этой звезды в данный момент и её «прямого восхождения», одной из постоянных небесных координат, которая отсчитывается от точки весеннего равноденствия. Прямое восхождение данной звезды можно найти в любом астрономическом справочнике. Оно выражается в часах, минутах и секундах. Так, звезда Бета созвездия Малой Медведицы имеет прямое восхождение 14 часов 50 минут 53 секунды, или, округлённо, 14,8 часа.
Часовым углом называется угол между небесным меридианом и направлением от полюса мира на данную звезду. Часовой угол отсчитывается против хода часовой стрелки, если смотреть на полюс мира, так как в этом направлении движутся все небесные светила в течение суток.
 |
Часовым углом называется угол между небесным меридианом и
направлением от полюса мира на данную звезду. |
Часовой угол выражается также в часах (по 24-часовому счету).
Когда мы определяем условное время по нашим небесным часам, то мы получаем не что иное, как дополнение часового угла данной звезды до полного круга. Но это дополнение выражено в часах по 12-часовому счету; следовательно, чтобы получить истинное дополнение часового угла, нужно отсчитанное по небесным часам условное время умножить на 2.
Подведём теперь итоги. Отсчитав по нашим небесным часам условное время (обозначим его буквой \(Ч\)), удвоив его и вычтя из 24, мы получим часовой угол \(t\) данной звезды. Прибавив сюда прямое восхождение \(\alpha\) этой звезды, получим звёздное время \(S\). Вычтя, далее, звёздное время в полночь нового года \(So\), то есть 6,6 часа, и удвоенное число месяцев \(M\), протёкших с начала года, мы получим среднее солнечное время. Прибавив 1 час, получим «декретное» время \(T\) (с возможной ошибкой до получаса).
Запишем всё это на языке математики:
\(t=24-2\cdot Ч\)
\(S=t+\alpha=24-2\cdot Ч+\alpha\)
\(T=S-So-2\cdot M+1=24-2\cdot\;Ч+\alpha-So-2\cdot M+1\).
В результате вычитаний мы можем иногда получить отрицательное число. Чтобы этого избежать, нужно прибавить к итогу полные сутки, то есть 24 часа. Тогда будем иметь:
\(T=24-2\cdot Ч+\alpha-So-2\cdot M+1+24\).
Сгруппируем члены в правой части последнего равенства следующим образом: \(T=(24+24+1-So+\alpha)-2\cdot Ч-2\cdot M\).
Откуда, учитывая, что \(So\)=6,6, получим: \(T=(42,4+\alpha)-2(Ч+M)\).
Так как в качестве часовой стрелки мы взяли звезду Бета Малой Медведицы, а для неё \(\alpha\) =14,8 часа, то окончательно будем иметь: \(T=57,2-2(Ч+M)\).
Последняя формула и выражает правило для приближенного определения времени по звезде Бета Малой Медведицы: к отсчитанному числу часов \(Ч\) прибавить число месяцев \(M\), протёкших с начала года, результат удвоить и вычесть из 57,2.
Если в качестве часовой стрелки мы возьмём звезду Альфа Большой Медведицы, имеющую прямое восхождение \(\alpha\) =11,0 часа, то её постоянное число будет 42,4+11,0=53,4. Для звезды Бета созвездия Кассиопеи такое постоянное число составляет 42,5.
Весьма полезно, определив время по одной звезде, найти время и по другой, а потом и по третьей, Небольшие расхождения в результатах неизбежны, но если взять среднее из всех результатов, то итог будет много точнее.
Для желающих уточнить результаты путём учёта долготы пункта укажем соответствующее правило. Предварительно напомним, что центральные меридианы часовых поясов проходят через каждые 15° долготы, считая от Гринвича. В пределах СССР это будут меридианы 30°, 45°, 60° и далее до 180°. Долготу пункта наблюдения можно определить по любой географической карте. Далее, нужно найти разность между этой долготой и долготой ближайшего центрального меридиана. Эта разность и будет поправкой для перехода от среднего солнечного времени к поясному (каждый градус долготы соответствует 4 минутам времени). При этом, если данный пункт лежит к востоку от центрального меридиана, то поправку следует вычитать, а если к западу, то прибавлять.
Нужно, однако, иметь в виду, что ближайшим центральным меридианом не всегда будет тот, долгота которого отличается от долготы пункта наблюдения меньше чем на 7°30'. Причина этого заключается в том, что границы часовых поясов проведены не точно через 15° долготы. Поэтому следует предварительно узнать, в каком часовом поясе лежит данный пункт. Узнать это можно из железнодорожного справочника или, ещё лучше, по карте путей сообщения.
Пусть, например, мы находимся в Ростове-на-Дону. По карте узнаем долготу: почти 40°. Казалось бы, ближайший меридиан должен иметь долготу 45°. Однако Ростов-на-Дону лежит во втором часовом поясе, где центральный меридиан имеет долготу 30°. Разность долгот будет составлять 30°—40°=—10°. Во времени это будет: 10×4=40 минут. Так как Ростов-на-Дону лежит к востоку от меридиана 30°, то поправку в 40 минут нужно вычитать.
Комментариев нет:
Отправить комментарий