Иосиф Полак - Время и календарь

Профессор

Иосиф Федорович Полак

ВРЕМЯ И КАЛЕНДАРЬ

ВВЕДЕНИЕ

Все вещи вокруг нас находятся, как мы говорим, «в пространстве», одни ближе, другие дальше. Подобным же образом все явления, все события происходят «во времен и», одни раньше, другие позже.

Люди с незапамятных времён умеют измерять расстояния в пространстве, или, как говорят в геометрии, измерять «отрезки прямой линии между двумя точками».

Так же давно человечество стало учитывать время, то-есть измерять «отрезки времени» между двумя событиями. Сначала этот учёт времени делался грубо, затем всё точнее и точнее. Чем выше развивается культура нашей жизни, чем разнообразнее становится человеческая деятельность, тем большее значение приобретает точное измерение времени.

Совершенно особенную роль играет время в науке. Учёные называют время «независимой переменной величиной», то-есть такой величиной, с изменением которой изменяются все прочие переменные величины вселенной. И это поистине «независимая» величина; она как бы течёт вечно, безостановочно и равномерно. Эту мысль хорошо выразил старый русский поэт Державин в своём предсмертном стихотворении:

«Река времён в своём стремленьиУносит все дела людей».

Люди научились точно учитывать время, когда развилась астрономия — наука о небесных светилах. Только благодаря астрономии мы умеем точно ответить на вопросы: «который час?», «какое сегодня число?», так как эта наука дала правила выверки часов и правила счёта дней и годов, то-есть то, что называется календарём. Объяснению этих правил и посвящена предлагаемая брошюра.

1. ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ. ЗВЁЗДНЫЕ СУТКИ И ЗВЁЗДНОЕ ВРЕМЯ

Чтобы измерять время, надо иметь какую-нибудь меру времени или «единицу времени», и с нею сравнивать все остальные промежутки времени. Для этого надо найти такое явление, которое повторяется всегда одинаковым образом. Тогда мы имеем право считать, что это явление совершается всегда в течение одного и того же отрезка времени, и можем этот отрезок принять за единицу времени.

С таким правильно повторяющимся явлением человечество давно сроднилось. С тех пор, как человек сделался мыслящим существом, он знал, что наступившая сегодня ночь кончится, как кончилась вчерашняя ночь, что после неё опять наступит день и что так будет постоянно. Так сама собой появилась у людей основная единица для измерения времени. Единица эта не «день», то-есть не промежуток времени от восхода до захода Солнца, а день с ночью вместе, то-есть сутки.

Сутки представляют собой время одного оборота Земли вокруг её оси. Учёные доказали, что на самом деле не небо со всеми светилами обращается вокруг нашей Земли с востока на запад, а Земля вращается в обратном направлении, с запада к востоку.

Суточное вращение Земли похоже на вращение хорошо запущенного волчка. На таком волчке есть две точки, одна вверху, другая внизу, которые во время вращения стоят почти неподвижно; их можно назвать полюсами волчка, а прямую линию, которая через них проходит, — осью волчка (рис. 1).

Рис. 1. Суточное вращение Земли похоже на вращение хорошо запущенного волчка.

Всё это есть также и у Земли — и ось и два полюса, северный и южный. Больше того: так как суточное вращение неба есть следствие вращения Земли, то и на небе есть две неподвижные точки, вокруг которых все звёзды как будто обращаются в течение суток. Древние астрономы назвали эти точки «полюсами мира», так как они думали, что небо действительно вращается, а Земля неподвижна. В северном полушарии Земли виден только северный небесный полюс.

В самом полюсе нет никакой звезды, но очень близко к нему находится довольно яркая звезда, которую называют Полярной. Её легко найти по известному созвездию Большой Медведицы, как показывает рис. 2.

Рис. 2. Как найти Полярную звезду.

Полярная звезда для простого глаза кажется стоящей всегда на одном месте, почти точно на севере, а остальные звезды описывают вокруг нее (на самом деле — вокруг полюса мира) круги разной величины, смотря по расстоянию от полюса (рис. 3).

Рис. 3. Как обращается созвездие Большой Медведицы вокруг небесного полюса в течение суток.

Самый большой круг описывают звёзды, удалённые от полюса на 90 градусов (на прямой угол). Они лежат на так называемом небесном экваторе, который делит всё небо на два полушария, северное и южное, подобно тому, как земной экватор делит поверхность земного шара также на два полушария. Каждая звезда, лежащая на небесном экваторе (круг ЭЗВК на рис. 4), восходит точно на востоке (точка В), заходит точно на западе (точка 3).

Рис. 4. Суточное движение светил в северном полушарии Земли. СП — северный полюс мира; ЮП — южный полюс мира; круг СВЮЗ — горизонт с четырьмя странами света.

Чем больше наша широта, то-есть чем севернее мы находимся, тем выше на небе стоит северный небесный полюс, а на северном полюсе Земли, где широта, как известно, 90 градусов, северный небесный полюс стоит прямо над головой, или, как говорят, в зените.

Наоборот, на земном экваторе оба небесных полюса лежат на горизонте: один точно на севере, другой на юге. Рис. 5 и 6 показывают, как необычно для нас движутся светила в обоих этих случаях.

Рис. 5. Суточное движение светил на северном полюсе Земли. СП — северный небесный полюс.

Рис. 6. Суточное движение светил на земном экваторе.

Суточное вращение Земли есть самое равномерное из всех движений, какие только нам известны. Как показывают астрономические наблюдения, за последние две тысячи лет длина суток не изменилась даже на сотую долю секунды. Наша единица измерения времени, таким образом, достаточно надёжна.

Чему же равна эта единица? Во сколько часов совершается один оборот земного шара по нашим обыкновенным часам? Нередко думают, что ровно в 24 часа; ведь одну двадцать четвёртую часть суток к назвали часом. Оказывается, что это не так и что вообще «сутки» — не такое простое понятие, как кажется.

Попробуем определить продолжительность суток с помощью простейшего астрономического наблюдения. Предположим, что из нашего окна видно какое-нибудь высокое здание, вырисовывающееся на фоне неба. Пусть нам удалось заметить, как яркая звезда в своём суточном движении подошла к зданию и скрылась за ним; отметим по часам момент этого исчезновения, например 9 часов 25 минут, и повторим то же самое наблюдение в следующий вечер с того же самого места. Оказывается, завтра эта же звезда скроется в 9 часов 21 минуту, послезавтра в 9 часов 17 минут и т. д., словом, каждый день на четыре минуты раньше. И какую бы звезду мы ни наблюдали, всегда получится то же самое. Если наши часы очень точно выверены, то мы заметим, что разница составляет не ровно 4 минуты, а немного меньше, именно, 3 минуты 56 секунд.

Таким образом, каждая точка звёздного неба описывает полный круг и возвращается на то же место не через 24 часа, а на 3 минуты 56 секунд скорее, то-есть через 23 часа 56 минут 4 секунды. Вот во сколько времени обращается звёздное небо вокруг Земли. Но в действительности вращается Земля, а не небо; поэтому мы скажем: время одного обращения Земли вокруг оси составляет 23 часа 56 минут 4 секунды. Этот промежуток времени называется звёздными сутками. Звёздные сутки и представляют собой основную единицу времени; длина именно этих суток остаётся всё время одинаковой.

Почему же не считают в звёздных сутках ровно 24 часа? Но в астрономии это как раз и делается. Звёздные сутки астрономы разделяют на 24 звёздных часа, каждый час на 60 минут, а минуту на 60 секунд. «Звёздные» часы, минуты и секунды, понятно, несколько короче наших «обыкновенных», или «солнечных» единиц времени; легко подсчитать, например, что «звёздный» час короче «солнечного» часа почти на 10 секунд (надо только разделить 3 минуты 56 секунд на 24).

На каждой астрономической обсерватории есть часы, идущие по звёздному времени. Эти часы так отрегулированы, что каждый день они уходят вперёд против обыкновенных часов на 3 минуты 56 секунд. Звёздные часы совершенно необходимы для астронома, так как они идут, можно сказать, в согласии с движением звёздного неба. Каждая звезда восходит по звёздным часам всегда в один и тот же определённый свой момент и в определённый момент заходит. Например, Сириус, самая яркая звезда неба, восходит в Москве всегда в 2 часа 21 минуту по звёздному времени; через 4 часа 22 минуты, то-есть в 6 часов 43 минуты, она поднимается на самую большую высоту и стоит в этот момент точно на юге (как Солнце в полдень), а ещё через 4 часа 22 минуты, то-есть в 11 часов 5 минут звёздного времени, заходит. Поэтому звёздные часы всё время дают астроному картину звёздного неба: ему достаточно взглянуть на такие часы и справиться в особом списке звёзд (звёздном «каталоге»), и он знает, не выходя из комнаты, какие звёзды сейчас находятся, например, в своём наивысшем положении, или, как говорят астрономы, на небесном меридиане (круг СЭЮ на рис. 4), и, стало быть, они особенно удобны для наблюдений.