Астрономические основы календаря. Методические рекомендации по проведению практических работ по астрономии По астрономическому календарю на дату наблюдения

Предисловие
Наблюдения и практические работы по астрономии играют важную роль в формировании астрономических понятий. Они повышают интерес к изучаемому предмету, связывают теорию с практикой, развивают такие качества, как наблюдательность, внимательность, дисциплинированность.
В настоящем пособии описан опыт автора по организации и проведению практических работ по астрономии в средней школе.
Пособие состоит из двух глав. В первой главе даны некоторые конкретные замечания по использованию таких приборов, как телескоп, теодолит, солнечные часы и др. Во второй главе описано 14 практических работ, которые, в основном, соответствуют программе по астрономии. Не предусмотренные программой наблюдения учитель может провести на внеклассных занятиях. В связи с тем, что не все школы имеют необходимое количество телескопов и теодолитов, отдельные наблю-
дения можно объединить в одно занятие. В конце работ даны методические указания по их организации и проведению.
Автор считает своим долгом выразить благодарность рецензентам М. М. Дагаеву и А. Д. Марленскому за ценные указания, сделанные при подготовке книги к печати.
Автор.

Глава I.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АСТРОНОМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
ТЕЛЕСКОПЫ И ТЕОДОЛИТЫ
Описание и инструкция по применению этих приборов достаточно полно изложены в других учебных пособиях и в приложениях к приборам. Здесь приводятся только некоторые рекомендации по их использованию.
Телескопы
Как известно, для точной установки экваториального штатива телескопа его окуляр должен иметь крест нитей. Один из способов изготовления креста нитей изложен в «Справочнике любителя астрономии» П. Г. Куликовского и состоит в следующем.
На окулярную диафрагму или легкое кольцо, сделанное по диаметру втулки окуляра, с помощью спиртового лака надо наклеить взаимно-перпендикулярно два волоска или две паутинки. Чтобы при наклеивании нити были хорошо натянуты, надо к концам волосков (длиной около 10 см) прикрепить легкие грузики (например, шарики из пластилина или дробинки). Затем наложить волоски по диаметру на горизонтально расположенное кольцо перпендикулярно друг другу и в нужных местах капнуть по капле масла, дав ему сохнуть в течение нескольких часов. После просыхания лака концы с грузиками осторожно обрезать. Если перекрестие наклеено на кольцо, его нужно вставить во втулку окуляра так, чтобы крест нитей находился у самой окулярной диафрагмы.
Можно изготовить перекрестие и фотографическим методом. Для этого нужно сфотографировать две взаимноперпендикулярные линии, четко начерченные тушью на белой бумаге, и затем получить с негатива на другой пленке позитивный снимок. Полученное "перекрестие следует обрезать по размеру трубки и закрепить в окулярной диафрагме.
Большое неудобство школьного телескопа-рефрактора - его слабая устойчивость на слишком облегченном штативе. Поэтому, если телескоп установить на постоянный устойчивый столб, условия наблюдения значительно улучшаются. Становой болт, на который насаживается телескоп, представляющий собой так называемый конус Морзе № 3, может быть изготовлен в школьных мастерских. Можно использовать становой болт и от штатива, прилагаемого к телескопу.
Хотя в последних моделях телескопов имеются визиры-искатели, значительно удобнее иметь на телескопе трубу-искатель с небольшим увеличением (например, оптический прицел). Искатель устанавливается в специальных кольцах-стойках так, чтобы его оптическая ось была строго параллельна оптической оси телескопа. В телескопы, не имеющие искателя, при наводке на слабые объекты следует вставлять окуляр с наименьшим увеличением, в этом случае поле зрения наиболь-
шее. После наводки следует осторожно вынуть окуляр и заменить его на другой, с большим увеличением.
Перед наведением телескопа на слабые объекты необходимо установить окуляр на фокус (это можно сделать по удаленному земному предмету или яркому светилу). Чтобы не повторять наводку каждый раз, лучше отметить это положение на окулярной трубке заметной чертой.
При наблюдении Луны и Солнца следует учитывать, что их угловые размеры составляют около 32", и если использовать окуляр, дающий 80-кратное увеличение, то поле зрения будет всего 30". Для наблюдения планет, двойных звезд, а также отдельных деталей лунной поверхности и формы солнечных пятен целесообразно применять наибольшие увеличения.
При проведении наблюдений полезно знать продолжительность движения небесных светил через поле зрения неподвижного телескопа при разных увеличениях. Если светило находится вблизи небесного экватора, то вследствие вращения Земли вокруг своей оси оно будет двигаться в поле зрения трубы со скоростью 15" за 1 мин. Например, при наблюдениях в 80 мм телескоп-рефрактор поле зрения в НЗб" светило пройдет за 6,3 мин. Поле зрения в 1°07" и 30" светило пройдет соответственно за 4,5 мин и за 2 мин.
В школах, где нет телескопа, можно изготовить самодельный телескоп-рефрактор из большого объектива от эпидиаскопа и окуляра от школьного микроскопа1. По диаметру объектива из кровельного железа изготовляется труба длиной примерно 53 см. В другой конец ее вставляется деревянный диск с отверстием для окуляра.
1 Описание такого телескопа дано в статье Б. А. Колоколова в журнале «Физика в школе», 1957, № 1.
При изготовлении телескопа следует обращать внимание на то, чтобы оптические оси объектива и окуляра совпадали. Для улучшения четкости изображения таких ярких светил, как Луна и- Солнце, объектив необходимо диафрагмировать. Увеличение такого телескопа равно примерно 25. Нетрудно изготовить самодельный телескоп и из очковых стекол1.
Чтобы судить о возможности какого-либо телескопа, необходимо знать о нем такие данные, как увеличение, предельный угол разрешения, проницающую силу и поле зрения.
Увеличение определяется отношением фокусного расстояния объектива F к фокусному расстоянию окуляра f (каждое из которых нетрудно определить на опыте):
Это увеличение можно найти также из отношения диаметра объектива D к диаметру так называемого выходного зрачка d:
Зрачок выхода определяется следующим образом. Труба фокусируется «на бесконечность», т. е. практически на весьма удаленный предмет. Затем направляется на светлый фон (например, на ясное небо), и на миллиметровой бумаге или на кальке, держа ее у самого окуляра, получают четко очерченный кружок - изображение объектива, даваемое окуляром. Это и будет выходной зрачок.
1 И. Д. Новиков, В. А. Шишаков, Самодельные астро номические инструменты и наблюдения с ними, «Наука», 1965.
Предельный угол разрешения г характеризует минимальное угловое расстояние между двумя звездами или деталями поверхности планеты, при котором они видны раздельно. Теория дифракции света дает простую формулу для определения г в секундах дуги:
где D - диаметр объектива в миллиметрах.
Практически величину г можно оценить по наблюдениям тесных двойных звезд, пользуясь приведенной ниже таблицей.
Звезда Координаты Звездные величины компонентов Угловое расстояние между компонентами
Для нахождения приведенных в таблице звезд удобен звездный атлас А. А. Михайлова1.
Расположение некоторых двойных звезд приведено на рисунке 1.
1 Можно воспользоваться и «Учебным звездным атласом» А. Д. Могилко, в котором положение звезд дано на 14 крупномасштабных картах.
Теодолиты
При угловых измерениях с помощью теодолита известную трудность составляет отсчет показаний на лимбах. Поэтому рассмотрим более подробно пример отсчета с помощью верньера на теодолите ТТ-50.
Оба лимба, вертикальный и горизонтальный, разделены на градусы, каждый градус в свою очередь подразделен еще на 3 части, по 20" в каждой. Указателем отсчета является нулевой штрих верньера (нониуса), помещенного на алидаде. Если нулевой штрих верньера не совпадает точно с каким-либо штрихом лимба, то долю деления лимба, на которую не совпадают штрихи, определяют по шкале верньера.
Верньер обычно имеет 40 делений, которые по своей протяженности захватывают 39 делений лимба (рис. 2)1. Значит, каждое деление верньера составляет 39/4о деления лимба, или, другими словами, на У40 меньше его. Так как одно деление лимба равно 20", то деление верньера меньше деления лимба на 30".
Пусть нулевой штрих верньера занимает положение, указанное стрелкой на рисунке 3. Замечаем, что точно
1 Для удобства шкалы кругов изображены прямолинейными.
совпало со штрихом лимба девятое деление верньера. Восьмое деление не доходит до соответствующего штриха лимба на 0",5, седьмое - на Г, шестое - на Г,5, а нулевой штрих не доходит до соответствующего штриха лимба (справа от него) на 0",5-9 = 4",5. Значит, отсчет запишется так1:
Рис. 3. Отсчет с помощью верньера
Для более точного отсчета на каждом из лимбов установлено по два верньера, расположенных на 180° один от другого. На одном из них (который принимается за основной) отсчитываются градусы, а минуты берутся как среднее арифметическое показаний обоих верньеров. Однако для школьной практики вполне достаточно отсчет производить по одному верньеру.
1 Оцифровка верньера выполнена так, что отсчет можно сделать сразу. Действительно, совпавший штрих соответствует 4",5; значит, к числу 6Г20" надо прибавить 4",5.
Кроме визирования, окулярные нити используются для определения расстояний с помощью дальномерной рейки (линейки, на которой нанесены равные деления, хорошо видимые издали). Угловое расстояние между крайними горизонтальными нитями а и b (рис. 4) подобрано так, чтобы 100 см рейки помещалось как раз между этими нитями тогда, когда рейка отстоит ровно на 100 м от теодолита. В этом случае коэффициент дальномера равен 100.
Окулярные нити можно использовать и для приближенных угловых измерений, учитывая, что угловое расстояние между горизонтальными нитями а я b п. составляет 35".

ШКОЛЬНЫЙ УГЛОМЕР
Для таких астрономических измерений, как определение полуденной высоты Солнца, географической широты места по наблюдениям Полярной звезды, расстояний до удаленных предметов, проводимых в качестве иллюстрации астрономических методов, можно использовать школьный угломер, который есть почти в каждой школе.
Устройство прибора видно из рисунка 5. На обратной стороне основания угломера, в центре на шарнире, укреплена трубка для установки угломера на штатив или на палку, которую можно воткнуть в землю. Благодаря шарнирному креплению трубки, лимб угломера можно устанавливать в вертикальной и в горизонтальной плоскостях. Указателем вертикальных углов служит стрелка-отвес 1. Для измерения горизонтальных углов применяется алидада 2 с диоптрами, а установка основания прибора контролируется двумя уровнями 3. На верхней кромке прикреплена смотровая трубка 4 для удобства на-
ёодки на предмет. Для определения высоты Солнца используется откидной экран 5, на котором получается светлое пятно, когда трубка направлена на Солнце.

НЕКОТОРЫЕ ПРИБОРЫ АСТРОНОМИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКИ
Прибор для определения полуденной высоты Солнда
Среди различных типов этого прибора наиболее удобен, на наш взгляд, квадрант-высотомер (рис. 6). Он состоит из прямого угла (две планки), прикрепленной
к нему в виде дуги металлической линейки и горизонтального стерженька А, укрепленного с помощью проволочных стоек в центре окружности (частью которой является линейка). Если взять металлическую линейку длиной 45 см с делениями, то разметку на градусы делать не надо. Каждый сантиметр линейки будет соответствовать двум градусам. Длина проволочных стоек в этом случае должна быть равна 28,6 см. Перед измерением полуденной высоты Солнца прибор необходимо установить по уровню или отвесу и ориентировать нижним основанием вдоль полуденной линии.
Указатель полюса мира
Обычно на школьной географической площадке для обозначения направления оси мира вкапывают в землю наклонный шест или жердь. Но для уроков астрономии этого мало, здесь необходимо позаботиться и об измере-
нии угла, образуемого осью мира с плоскостью горизонта. Поэтому можно рекомендовать указатель в виде планки длиной около 1 м с эклиметром достаточно больших размеров, сделанный, например, из школьного транспортира (рис. 7). Это обеспечивает и большую наглядность, и достаточную точность измерения высоты полюса.
Простейший пассажный инструмент
Для наблюдения прохождения светил через небесный меридиан (что связано со многими практическими задачами) можно использовать простейший нитяной пассажный инструмент (рис. 8).
Для его монтирования необходимо провести на площадке полуденную линию и на ее концах вкопать два столба. Южный столб должен иметь достаточную высоту (около 5 м), чтобы опущенный с него отвес охватывал
больший участок неба. Высота северного столба, с которого опускается второй отвес, около 2 м. Расстояние между столба-ми 1,5-2 м. В ночное время нити необходимо освещать. Такая установка удобна тем, что она обеспечивает наблюдение кульминации светил сразу несколькими учащимися1.
Звездная указка
Звездная указка (рис. 9) состоит из легкой рамки с параллельными планками на шарнирном устройстве. Прицелившись одной из планок на звезду, мы ориентируем в том же направлении и другие. При изготовлении такой указки нужно, чтобы в шарнирах не было люфтов.
Рис. 9. Звездная указка
1 Другая модель пассажного инструмента описана в сборнике «Новые школьные приборы по физике и астрономии», изд. АПН РСФСР, 1959.
Солнечные часы, указывающие местное, поясное и декретное время1
Обычные солнечные часы (экваториальные или горизонтальные), описание которых имеется во многих учебных пособиях, обладают тем недостатком, что они пока-
Рис. 10. Солнечные часы с графиком уравнения времени
зывают истинное солнечное время, которым мы в практике почти не пользуемся. Описанные ниже солнечные часы (рис. 10) свободны от этого недостатка и являются весьма полезным прибором при изучении вопросов, связанных с понятием времени, а также для практических работ.
1 Модель этих часов предложена А. Д. Могилко и описана в сборнике «Новые школьные приборы по физике и астрономии», изд. АПН РСФСР, 1959,
Часовой круг 1 устанавливается на горизонтальной подставке в плоскости экватора, т. е. под углом 90°-ср, где ф-широта места. Вращающаяся на оси алидада 2 имеет на одном конце небольшое круглое отверстие 3, а на другом, на планке 4, график уравнения времени в форме восьмерки. Указателем времени служат три стрелки, нанесенные на планке алидады под отверстием 3. При правильной установке часов стрелка М показывает местное, стрелка Я - поясное и стрелка Д - декретное время. Причем стрелка М наносится точно под серединой отверстия 3 перпендикулярно к циферблату. Для нанесения стрелки Я надо знать поправку %-п, где X-долгота места, выраженная в часовой мере, п-номер часового пояса. Если поправка положительна, то стрелка Я устанавливается направо от стрелки М, если отрицательна - налево. Стрелку Д устанавливают от стрелки Я левее на 1 ч. Высота отверстия 3 от алидады определяется высотой h линии экватора на графике уравнения времени, нанесенном на планке 4.
Для определения времени часы тщательно ориентируют по меридиану линией «0-12», устанавливают основание горизонтально по уровням, затем поворачивают алидаду до тех пор, пока луч Солнца, прошедший через отверстие 3, не попадет на соответствующую дате наблюдения ветвь графика. Стрелки в этот момент дадут отсчеты времени.
Астрономический уголок
Для решения задач на уроках астрономии, для выполнения ряда практических работ (определение широты места, определение времени по Солнцу и звездам, наблюдение спутников Юпитера и др.), а также для иллюстрации излагаемого на уроках материала, кроме издаваемых таблиц по астрономии, полезно иметь в классе выполненные в крупном масштабе справочные таблицы, графики, рисунки, результаты проведенных наблюдений, образцы практических работ учащихся и другие материалы, составляющие астрономический уголок. В астрономическом уголке необходимы и Астрономические календари (ежегодник, издаваемый ВАГО, и Школьный астрономический календарь), в которых содержатся необходимые для занятий сведения, указаны важнейшие астрономические события, приведены данные о новейших достижениях и открытиях в астрономии.
В том случае, когда календарей недостаточно, из справочных таблиц и графиков в астрономическом уголке желательно иметь следующие: склонение Солнца (через каждые 5 дней); уравнение времени (таблица или график), изменение фаз Луны и ее склонений на данный год; конфигурации спутников Юпитера и таблицы затмений спутников; видимость планет в данном году; сведения о затмениях Солнца и Луны; некоторые постоянные астрономические величины; координаты наиболее ярких звезд и др.
Кроме того, необходимы подвижная звездная карта и учебный звездный атлас А. Д. Могилко, немая звездная карта, модель небесной сферы.
Для регистрации момента истинного полудня удобно иметь специально установленное по меридиану фотореле (рис. 11). Ящик, в котором помещено фотореле, имеет две узкие щели, ориентированные точно по меридиану. Солнечный свет, прошедший через наружную щель (ширина щелей 3-4 мм) точно в полдень, попадает во вторую, внутреннюю щель, падает на фотоэлемент и включает электрический звонок. Как только луч от наружной щели сместится и перестанет освещать фотоэлемент, звонок отключается. При расстоянии между щелями в 50 см продолжительность сигнала около 2 мин.
Если прибор устанавливается горизонтально, то верхнюю крышку камеры между наружной и внутренней щелью необходимо сделать с наклоном, чтобы обеспечить попадание солнечных лучей на внутреннюю щель. Угол наклона верхней крышки зависит от наибольшей полуденной высоты Солнца в данном месте.
Чтобы воспользоваться подаваемым сигналом для проверки часов, на ящике фотореле необходимо иметь таблицу с указанием моментов истинного полудня с промежутком через три дня1.
Поскольку якорь электромагнитного реле притягивается при затемнении, то контактные пластины Я, через которые включается цепь звонка, должны быть нормально замкнутыми, т. е. замкнутыми при отжатом якоре.
1 Вычисление момента истинного полудня дано в работе № 3 (см. стр. 33).

Глава II.
НАБЛЮДЕНИЯ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Практические занятия можно разделить на три группы: а) наблюдения невооруженным глазом, б) наблюдения небесных тел с помощью телескопа и других оптических приборов, в) измерения с помощью теодолита, простейших угломерных приборов и другого оборудования.
Работы первой группы (наблюдение звездного неба, наблюдение за движением планет, наблюдение за движением Луны среди звезд) выполняют все ученики класса под руководством учителя или индивидуально.
При выполнении наблюдений с телескопом возникают затруднения, связанные с тем, что телескопов в школе, как правило, один-два, а учащихся много. Если же учесть при этом, что продолжительность наблюдения каждым школьником редко превышает одну минуту, то становится очевидной необходимость улучшения организации астрономических наблюдений.
Поэтому целесообразно класс разделить на звенья по 3-5 человек и каждому звену, в зависимости от наличия в школе оптических приборов, определить время наблюдения. Например, в осенние месяцы наблюдения можно назначать с 20 часов. Если отвести каждому звену по 15 мин, то даже при наличии одного инструмента за 1,5-2 ч наблюдение сможет провести весь класс.
Учитывая, что погода часто нарушает планы по проведению наблюдений, работы следует проводить в те месяцы, когда погода наиболее устойчива. Каждое звено при этом должно выполнить 2-3 работы. Это вполне возможно, если в школе есть 2-3 инструмента и учитель имеет возможность привлечь в помощь опытного лаборанта или любителя астрономии из актива класса.
В некоторых случаях для проведения занятий можно брать оптические инструменты в соседних школах. Для некоторых работ (например, наблюдение спутников Юпитера, определение размеров Солнца и Луны и других) пригодны различные зрительные трубы, теодолиты, призменные бинокли, самодельные телескопы.
Работы третьей группы можно проводить как звеньями, так и всем классом. Для выполнения большинства работ этого вида можно использовать упрощенные приборы, имеющиеся в школе (угломеры, эклиметры, гномон и др.). (...)

Работа 1.
НАБЛЮДЕНИЕ ВИДИМОГО СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗВЕЗДНОГО НЕБА
I. По положению околополярных созвездий Малой и Большой Медведиц
1. В течение вечера пронаблюдать (через 2 ч), как изменяется положение созвездий Малой и Большой Медведиц. "
2. Результаты наблюдений внести в таблицу, ориентируя созвездия относительно отвесной линии.
3. Сделать вывод из наблюдения:
а) где лежит центр вращения звездного неба;
б) в каком направлении оно вращается;
в) на сколько градусов примерно поворачивается созвездие за 2 ч.
II. По прохождению светил через поле зрения
неподвижной оптической трубы
Оборудование: телескоп или теодолит, секундомер.
1. Навести трубу телескопа или теодолита на какую-нибудь звезду, находящуюся вблизи небесного экватора (в осенние месяцы, например, на а Орла). Установить трубу по высоте так, чтобы звезда проходила поле зрения по диаметру.
2. Наблюдая видимое перемещение звезды, определить с помощью секундомера время прохождения ею поля зрения трубы1.
3. Зная величину поля зрения (из паспорта или из справочников) и время, вычислить, с какой угловой скоростью вращается звездное небо (на сколько градусов за каждый час).
4. Определить, в каком направлении вращается звездное небо, учитывая, что трубы с астрономическим окуляром дают обратное изображение.

Работа 2.
НАБЛЮДЕНИЕ ГОДИЧНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ВИДА ЗВЕЗДНОГО НЕБА
1. В один и тот же час один раз в месяц наблюдать положение околополярных созвездий Большой и Малой Медведиц, а также положение созвездий в южной стороне неба (провести 2 наблюдения).
2. Результаты наблюдений околополярных созвездий внести в таблицу.
1 Если звезда имеет склонение б, то найденное время следует умножить на cos б.
3. Сделать вывод из наблюдений:
а) остается ли неизменным положение созвездий в один и тот же час через месяц;
б) в каком направлении перемещаются околополяр-ные созвездия и на сколько градусов за месяц;
в) как изменяется положение созвездий в южной стороне неба: в каком направлении они сдвигаются и на сколько градусов.
Методические замечания к проведению работ № 1 и 2
1. Для быстроты нанесения созвездий в работах № 1 и 2 учащиеся должны иметь готовый шаблон этих созвездий, сколотый с карты или с рисунка 5 школьного учебника астрономии. Прикалывая шаблон к точке а (Полярная) на вертикальную линию, поворачивают его, пока линия «а-р» Малой Медведицы не займет соответствующее положение относительно отвесной линии, и переносят созвездия с шаблона на рисунок.
2. Второй способ наблюдения суточного вращения неба является более быстрым. Однако в данном случае учащиеся воспринимают движение звездного неба с запада на восток, что требует дополнительных разъяснений.
Для качественной оценки вращения южной стороны звездного неба без зрительной трубы можно рекомендовать такой способ. Надо встать на некотором расстоянии от вертикально поставленного шеста, или хорошо видимой нити отвеса, проектируя шест или нить вблизи звезды. Уже через 3-4 мин будет хорошо заметно перемещение звезды на запад.
3. Изменение положения созвездий в южной стороне неба (работа № 2) можно установить по смещению звезд от меридиана примерно через месяц. В качестве объекта наблюдения можно взять созвездие Орла. Имея направление меридиана (например, 2 отвеса), отмечают в начале сентября (примерно в 20 часов) момент кульминации звезды Альтаир (а Орла). Через месяц, в тот же самый час, проводят второе наблюдение и с помощью угломерных инструментов оценивают, на сколько градусов сместилась звезда к западу от меридиана (смещение должно быть около 30°).
С помощью теодолита смещение звезды к западу можно заметить гораздо раньше, так как оно составляет около 1° в сутки.
4. Первое занятие по ознакомлению со звездным небом проводится на астрономической площадке после первого вводного урока. После ознакомления с созвездиями Большой и Малой Медведиц учитель знакомит учащихся с наиболее характерными созвездиями осеннего неба, которые надо твердо знать и уметь находить. От Большой Медведицы учащиеся совершают «путешествие» через Полярную звезду к созвездиям Кассиопеи, Пегаса и Андромеды. Обращают внимание на большую туманность в созвездии Андромеды, которая видна в безлунную ночь невооруженным глазом как слабое размытое пятно. Здесь же, в северо-восточной части неба, отмечают созвездия Возничего с яркой звездой Капеллой и Персея с переменной звездой Алголь.
Снова возвращаемся к Большой Медведице и смотрим, куда указывает излом ручки «ковша». Невысоко над горизонтом в западной стороне неба находим яркую оранжевого цвета звезду Арктур (а Волопаса), а затем над ней в виде клина и все созвездие. Слева от Волопа-
са выделяется полукруг неярких звездочек - Северная Корона. Почти в зените ярко блестит а Лиры (Вега), восточнее вдоль Млечного пути лежит созвездие Лебедя, а от него прямо на юг - Орел с яркой звездой Альтаир. Повернувшись на восток, снова находим созвездие Пегаса.
В конце занятия можно показать, где проходит небесный экватор и начальный круг склонений. Это понадобится учащимся при знакомстве с основными линиями и точками небесной сферы и экваториальными координатами.
На последующих занятиях зимой и весной учащиеся знакомятся с другими созвездиями, проводят ряд астрофизических наблюдений (цвета звезд, изменение блеска переменных звезд и др.).

Работа 3.
НАБЛЮДЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛУДЕННОЙ ВЫСОТЫ СОЛНЦА
Оборудование: квадрант-высотомер, или школьный угломер, или гномон.
1. В течение месяца раз в неделю в истинный полдень измерить высоту Солнца. Результаты измерений и данные о склонении Солнца в остальные месяцы года (взятые через неделю) занести в таблицу.
2. Построить график изменения полуденной высоты Солнца, откладывая по оси X даты, а по оси У - полуденную высоту. На графике провести прямую, соответствующую высоте точки экватора в плоскости меридиана на данной широте, отметить точки равноденствий и солнцестояний и сделать вывод о характере изменения высоты Солнца в течение года.
Примечание. Вычислять полуденную высоту Солнца по склонению в остальные месяцы года можно по уравнению
Методические замечания
1. Для измерения высоты Солнца в полдень надо иметь или направление полуденной линии, проведенной заранее, или знать момент истинного полудня по декретному времени. Рассчитать этот момент можно, если известно уравнение времени на день наблюдения, долгота места и номер часового пояса (...)
2. Если окна класса выходят на юг, то установленный, например на подоконнике, по меридиану квадрант-высотомер дает возможность в истинный полдень сразу получать высоту Солнца.
При измерениях с помощью гномона также можно заранее приготовить шкалу на горизонтальном основании и по длине тени сразу получить величину угла Iiq. Для разметки шкалы используется соотношение
где I - высота гномона, г - длина его тени.
Можно использовать и метод плавающего зеркальца, помещенного между рамами окна. Зайчик, отброшенный на противоположную стену, в истинный полдень будет пересекать нанесенный на ней меридиан со шкалой высот Солнца. В этом случае весь класс, наблюдая за зайчиком, может отмечать полуденную высоту Солнца.
3. Учитывая, что в этой работе не требуется большой точности измерений и что вблизи кульминации высота Солнца меняется незначительно по отношению к моменту кульминации (около 5" в интервале±10 мин), то время измерения может отклоняться от истинного полдня на 10-15 мин.
4. Полезно в этой работе произвести хотя бы одно измерение с помощью теодолита. Следует учесть, что при наведении средней горизонтальной нити перекрестия под нижний край диска Солнца (фактически под верхний, так как труба теодолита дает обратное изображение) надо из полученного результата вычесть угловой радиус Солнца (примерно 16"), чтобы получить высоту центра диска Солнца.
Результат, полученный с помощью теодолита, можно в дальнейшем использовать для определения географической широты места, если по каким-либо причинам эту работу нельзя будет поставить.

Работа 4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ НЕБЕСНОГО МЕРИДИАНА
1. Выбрать точку, удобную для наблюдения южной стороны неба (можно в классе, если окна выходят на юг).
2. Установить теодолит и под его отвесом, опущенным с верхнего основания треноги, сделать постоянную и хорошо заметную отметку выбранной точки. При наблюдениях ночью необходимо слегка осветить рассеянным светом поле зрения трубы теодолита, чтобы были хорошо заметны окулярные нити.
3. Оценив примерно направление точки юга (например, с помощью буссоли теодолита или наведением трубы на Полярную звезду и поворотом ее на 180°), навести трубу на достаточно яркую звезду, отстоящую немного к востоку от меридиана, закрепить алидаду вертикального круга и трубу. Снять три отсчета на горизонтальном лимбе.
4. Не изменяя установки трубы по высоте, следить за движением звезды, пока она не окажется на такой же высоте после прохождения меридиана. Произвести второй отсчет горизонтального лимба и взять среднее арифметическое значение этих отсчетов. Это и будет отсчет на точку юга.
5. Навести трубу в направлении точки юга, т. е. установить нулевой штрих нониуса на число, соответствующее найденному отсчету. Если в поле зрения трубы не попадает никаких земных предметов, которые служили бы ориентиром точки юга, то надо произвести «привязку» найденного направления к хорошо заметному предмету (восточнее или западнее от меридиана).
Методические замечания
1. Описанный способ определения направления меридиана по равным высотам какой-либо звезды является более точным. Если меридиан определяется по Солнцу, то надо иметь в виду, что склонение Солнца непрерывно меняется. Это приводит к тому, что кривая, по которой Солнце идет в течение дня, несимметрична относительно меридиана (рис. 12). Значит, найденное направление, как полусумма отчетов при равных высотах Солнца, будет несколько отличаться от меридиана. Ошибка в этом случае может доходить до 10".
2. Для более точного определения направления мери-
диана берут три отсчета, используя три горизонтальные линии, имеющиеся в окуляре трубы (рис. 13). Наведя трубу на звезду и действуя микрометрическими винтами, ставят звезду немного выше верхней горизонтальной линии. Действуя только микрометрическим винтом алидады горизонтального круга и сохраняя установку теодолита по высоте, держат звезду все время на вертикальной нити.
Как только она коснется верхней горизонтальной нити а, снимают первый отсчет. Потом пропускают звезду через среднюю и нижнюю горизонтальные нити Ь и с и снимают второй и третий отсчеты.
После прохождения звезды через меридиан поймать ее на такой же высоте и снова снять отсчеты на горизонтальном лимбе, только в обратном порядке: сначала третий, затем второй и первый отсчеты, так как звезда после прохождения меридиана будет опускаться, а в трубе, дающей обратное изображение, она будет подниматься. При наблюдениях Солнца поступают аналогично, пропуская через горизонтальные нити нижний край диска Солнца.
3. Чтобы сделать привязку найденного направления к заметному предмету, надо навести трубу на этот предмет (миру) и записать отсчет горизонтального круга. Вычтя из него отсчет точки юга, получают азимут земного предмета. При повторной установке теодолита на эту же точку надо навести трубу на земной предмет и, зная угол между этим направлением и направлением меридиана, установить трубу теодолита в плоскости меридиана.
KOHEЦ ФPAГMEHTA УЧЕБНИКА

ЛИТЕРАТУРА
Астрономический календарь ВАГО (ежегодник), изд. АН СССР (с 1964 г. «Наука»).
Барабашов Н. П., Инструкция для наблюдения Марса, изд. АН СССР, 1957.
БронштэнВ. А., Планеты и их наблюдения, Гостехиздат, 1957.
Дагаев М. М., Лабораторный практикум по общей астрономии, «Высшая школа», 1963.
Куликовский П. Г., Справочник любителя астрономии, Физматгиз, 1961.
Мартынов Д. Я., Курс практической астрофизики, Физматгиз, 1960.
Могилко А. Д., Учебный звездный атлас, Учпедгиз, 1958.
Набоков М. Е., Астрономические наблюдения с биноклем, изд. 3, Учпедгиз, 1948.
Навашин М. С., Телескоп астронома-любителя, Физматгиз, 1962.
Н овиков И. Д., Шишаков В. А., Самодельные астрономические приборы и инструменты, Учпедгиз, 1956.
«Новые школьные приборы по физике и астрономии». Сборник статей, под ред. А. А. Покровского, изд. АПН РСФСР, 1959.
Попов П. И., Общедоступная практическая астрономия, изд. 4, Физматгиз, 1958.
Попов П. И., Баев К. Л., Воронцов-Вельяминов Б. А., КУницкий Р. В., Астрономия. Учебник для педвузов, изд. 4, Учпедгиз, 1958.
«Преподавание астрономии в школе». Сборник статей, под ред. Б. А. Воронцова-Вельяминова, изд. АПН РСФСР, 1959.
Сытинская Н. Н., Луна и ее наблюдение, Гостехиздат, 1956.
Цесевич В. П., Что и как наблюдать на небе, изд. 2, Гостехиздат, 1955.
Шаронов В. В., Солнце и его наблюдение, изд. 2, Гостехиздат, 1953.
Школьный астрономический календарь (ежегодник), «Просвещение».

Практическая работа №1 Вечерние осенние наблюдения

Наблюдение ярких созвездий и звёзд. Найдите на небе семь наиболее ярких звёзд «ковша» Большой Медведицы и зарисуйте его. Укажите названия этих звёзд. Каким является это созвездие для наших широт? Какая звезда является физически двойной звездой? (укажите яркость, цвет и температуру компонентов звезды)

Зарисуйте. Укажите, где находится Полярная звезда и каковы её характеристики: яркость, цвет, температура

Опишите (кратко) как можно ориентироваться на местности по Полярной звезде (по рис. 1.3)

Дорисуйте ещё два созвездия осеннего неба (любые), подпишите их, обозначьте в них все звёзды, у наиболее ярких звёзд укажите названия

Дорисуйте и подпишите созвездие Малой Медведицы, Полярную звезду и направление на неё (на рисунке опечатка: Орион)

Изучение различий в видимой яркости и цвете звёзд. Заполните таблицу: отметьте цвет указанных звёзд

	Созвездие



Бетельгейзе

Альдебаран

Заполните таблицу: укажите видимый блеск звёзд

	Созвездие	Звёздная величина

Заполните таблицу: укажите звёздные величины звёзд Большой Медведицы

	Звёздная величина



δ (Мегрец)
ℰ (Алиот)

η (Бенетнаш)

Сделайте выводы, объяснив причины различий в цвете, яркости и интенсивности мерцания разных звёзд.

Изучение суточного вращения неба. Укажите первоначальное и конечное положение звёзд Большой Медведицы при суточном вращении небесной сферы вокруг Северного полюса мира

Западная часть неба	Восточная часть неба

Время начала наблюдения
Время окончания наблюдения
Наблюдаемые звезды
Направление вращения неба

Сделайте выводы, дав объяснение наблюдаемому явлению

Суточное вращение небесной сферы позволяет определить время. Мысленно представим себе гигантский циферблат с центром в Полярной звезде и цифрой «6» внизу (над точкой севера). Часовая стрелка в таких часах проходит от Полярной звезды через две крайние звезды ковша Б. Медведицы. Обращаясь со скоростью 15 0 в час, стрелка совершает полный оборот вокруг полюса мира за сутки. Один небесный час равен двум обычным часам.

___________________________________

Линия математического горизонта

Для определения времени необходимо:

определить номер месяца наблюдения от начала года с десятыми долями месяца (три дня составляют десятую долю месяца)

полученное число сложить с показаниями небесной стрелки и удвоить

вычесть полученный результат из числа 55,3

Пример: 18 сентября соответствует номер месяца 9,6; пусть время по звёздным часам 7, тогда (55,3-(9,6+7)·2)=22,1 т.е. 22ч 6мин

Определение примерной географической широты места наблюдения по Полярной звезде. С помощью высотометра, состоящего из транспортира с отвесом, определите высоту h Полярной звезды

Так как Полярная звезда отстоит от полюса мира на 1 0 , то:

Сделайте выводы: обоснуйте возможность определения географической широты местности рассмотренным способом. Сравните полученные результаты с данными географической карты.

Наблюдение планет. По астрономическому календарю на дату наблюдения определите координаты видимых в данное время планет. По подвижной карте звездного неба определите сторону горизонта и созвездия, в которых находятся объекты

	Координаты:	Сторона горизонта	Созвездие
Меркурий

Сделайте зарисовки планет

	Зарисовка	Наблюдаемые особенности

Сделайте выводы:

как отличаются планеты от звёзд при наблюдении

от чего зависят условия видимости планеты на данную дату и время

Астрономические основы календаря 1. Сутки как одна из основных единиц измерения времени

Вращение Земли и видимое движение звездного неба . Основная величина для измерения времени связана с периодом полного оборота земного шара вокруг своей оси. До недавнего времени считалось, что вращение Земли происходит совершенно равномерно. Однако сейчас в этом вращении обнаружились некоторые неравномерности, но они столь малы, что не имеют значения для построения календаря.

Находясь на поверхности Земли и участвуя вместе с нею в ее вращательном движении, мы не ощущаем его. О вращении земного шара вокруг оси мы судим лишь по тем видимым явлениям, которые с ним связаны. Следствием суточного вращения Земли является, например, видимое движение небесного свода со всеми находящимися на нем светилами: звездами, планетами, Солнцем, Луной и т. д.

В наши дни для определения продолжительности одного оборота земного шара можно воспользоваться - специальным телескопом - пассажным инструментом, оптическая ось трубы которого вращается строго в одной плоскости - плоскости меридиана данного места, проходящей через точки юга и севера. Пересечение звездой меридиана называется верхней кульминацией.

Звездные сутки . Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями звезды называется звездными сутками. Более точное определение звездных суток такое: это промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия. Они представляют собой одну из основных единиц измерения времени, так как продолжительность их остается неизменной.

Звездные сутки делятся на 24 звездных часа, каждый час - на 60 звездных минут, каждая минута - на 60 звездных секунд. Звездные часы, минуты и секунды отсчитываются на звездных часах, которые имеются в каждой астрономической обсерватории и всегда показывают звездное время.

Пользоваться в повседневной жизни такими часами неудобно, так как один и тот же звездный час в течение года приходится на различное время солнечных суток. Жизнь природы, а вместе с ней вся трудовая деятельность людей, связана не с движением звезд, а со сменой дня и ночи, т. е. с суточным движением Солнца. Поэтому в повседневной жизни мы пользуемся не звездным временем, а солнечным. Понятие солнечного времени значительно сложнее понятия звездного времени. Прежде всего надо ясно представить себе видимое движение Солнца.

2. Видимое годовое движение Солнца

Эклиптика . Наблюдая из ночи в ночь за звездным небом, можно заметить, что в каждую последующую полночь кульминируют все новые и новые звезды. Это объясняется тем, что вследствие годового движения земного шара по орбите происходит движение Солнца среди звезд. Оно совершается в том же направлении, в каком вращается Земля, т. е. с запада на восток. Путь видимого движения Солнца среди звезд называется эклиптикой. Он представляет собой на небесной сфере большой круг, плоскость которого наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°27" и пересекается с небесным экватором в двух точках. Это точки весеннего и осеннего равноденствий. В первой из них Солнце бывает около 21 марта, когда оно переходит из южного небесного полушария в северное. Во второй точке оно находится около 23 сентября, когда переходит из северного полушария в южное.

Зодиакальные созвездия . Двигаясь по эклиптике, Солнце в течение года последовательно перемещается среди следующих 12 созвездий, расположенных вдоль эклиптики и составляющих пояс зодиака (рис. 3):

Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог и Водолей. (Строго говоря, Солнце проходит и через 13-е созвездие - Змееносец. Это созвездие было бы даже более правильно считать зодиакальным, чем такое созвездие, как Скорпион, в котором Солнце находится менее продолжительное время, чем в каждом из остальных созвездий.) Эти созвездия, названные зодиакальными, свое общее название получили от греческого слова «зоон» - животное, так как многие из них еще в глубокой древности были названы именами животных.

В каждом из зодиакальных созвездий Солнце бывает в среднем около месяца. Поэтому еще в древности каждому месяцу соответствовал определенный знак зодиака. Март, например, был обозначен знаком Овна, так как в этом созвездии около двух тысяч лет назад находилась точка весеннего равноденствия и, следовательно, Солнце в марте проходило это созвездие.

На рис. 3 видно, что когда Земля переместится по своей орбите и перейдет из положения III (март) в положение IV (апрель), то Солнце перейдет из созвездия Овна в созвездие Тельца, а когда Земля окажется в положении V (май), то Солнце из созвездия Тельца переместится в созвездие Близнецов и т. д.

Однако точка весеннего равноденствия не сохраняет неизменного положения на небесной сфере. Ее перемещение, открытое еще во II в. до н. э. греческим ученым Гиппархом, получило название прецессии, т. е. предварения равноденствия. Оно вызывается следующей причиной. Земля имеет форму не шара, а сфероида, сплюснутого у полюсов. На разные части сфероидальной Земли по-разному действуют силы притяжения от Солнца и Луны. Эти силы приводят к тому, что при одновременном вращении Земли и движении ее вокруг Солнца ось вращения Земли описывает конус около перпендикуляра к плоскости орбиты. Вследствие этого полюсы мира перемещаются среди звезд по малому кругу с центром в полюсе эклиптики, находясь от него на расстоянии около 23 1 / 2 ° .

Вследствие прецессии точка весеннего равноденствия перемещается вдоль эклиптики к западу, т. е. навстречу видимому движению Солнца, на величину 50",3 в год. Поэтому полный круг она сделает примерно за 26 000 лет. По этой же причине северный полюс мира, находящийся в наше время вблизи Полярной звезды, 4000 лет назад находился вблизи a Дракона, а через 12 000 лет будет вблизи Веги (a Лиры).

Рис. 5. Древний арабский зодиак.

Вследствие прецессии точка весеннего равноденствия за последние две тысячи лет переместилась вдоль эклиптики почти на 30° и перешла из созвездия Овна в созвездие Рыб. В наше время Солнце бывает в созвездии Овна не в марте, а в апреле, в Тельце - не в апреле, а в мае и т. д.

Помещенные на рис. 3 рядом с названиями созвездий знаки представляют собою остатки изображений символических фигур созвездий, которыми они обозначались. Зодиакальные созвездия были хорошо известны древним астрономам. У многих народов древности находят их изображения. Так, на рис. 5 показан древний арабский зодиак.

3. Солнечные сутки и солнечное время

Истинные солнечные сутки. Если с помощью пассажного инструмента наблюдать не звезды, а Солнце и ежедневно отмечать время прохождения центра солнечного диска через меридиан, т. е. момент его верхней кульминации, то можно обнаружить, что промежуток времени между двумя верхними кульминациями центра солнечного диска, который называется истинными солнечными сутками, всегда оказывается длиннее звездных суток в среднем на 3 мин. 56 сек., или приблизительно на 4 мин. Это происходит от того, что Земля, обращаясь вокруг Солнца, совершает полный оборот вокруг него в течение года, т. е. приблизительно за 365 с четвертью суток. Отражая это движение Земли, Солнце за одни сутки перемещается примерно на 1/365 своего годового пути, или на величину около одного градуса, что соответствует четырем минутам времени.

Однако в отличие от звездных суток истинные солнечные сутки периодически меняют свою продолжительность. Это вызывается двумя причинами: во-первых, наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, во-вторых, эллиптической формой орбиты Земли.

Когда Земля находится на участке эллипса, расположенном ближе к Солнцу, то она движется быстрее; через полгода Земля окажется в противоположной части эллипса и будет перемещаться по орбите медленнее. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое передвижение Солнца по небесной сфере: в разное время года Солнце перемещается с различной скоростью. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток постоянно меняется. Так, например, 23 декабря, когда истинные сутки наиболее длинные, они на 51 сек. продолжительнее, чем 16 сентября, когда они всего короче.

Средние солнечные сутки . Вследствие неравномерности истинных солнечных суток пользоваться ими в качестве единицы для измерения времени неудобно. Об этом хорошо знали около трехсот лет назад парижские часовщики, когда писали па своем цеховом гербе: «Солнце показывает время обманчиво».

Все наши часы - наручные, стенные, карманные и другие - отрегулированы не по движению истинного Солнца, а по движению воображаемой точки, которая в течение года совершает один полный оборот вокруг Земли за такое же время, как и Солнце, но перемещается при этом по небесному экватору и совершенно равномерно. Называется такая точка средним солнцем.

Момент прохождения среднего солнца через меридиан называют средним полднем, а промежуток времени между двумя последовательными средними полднями - средними солнечными сутками. Продолжительность их всегда одинакова. Их делят на 24 часа, каждый час среднего солнечного времени в свою очередь делится на 60 минут, а каждая минута - на 60 секунд среднего солнечного времени.

Именно средние солнечные сутки, а не звездные сутки являются одной из основных единиц измерения времени, положенной в основу современного календаря. Разность между средним солнечным временем и истинным временем в один и тот же момент называется уравнением времени.

4. Смена времен года

Видимое движение Солнца . В основе современного календаря лежит периодическая смена времен года. Мы уже знаем, что Солнце движется по эклиптике и в дни весеннего (около 21 марта) и осеннего (около 23 сентября) равноденствий пересекает небесный экватор. Так как плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°27", то Солнце может отойти от экватора не больше чем на этот угол. Такое положение Солнца наступает около 22 июня, в день летнего солнцестояния, который и принимается за начало астрономического лета в северном полушарии, и около 22 декабря, в день зимнего солнцестояния, когда в северном полушарии наступает астрономическая зима.

Наклон земной оси . Ось вращения земного шара наклонена к плоскости орбиты Земли на угол 66°33". При движении Земли вокруг Солнца ось вращения земного шара остается параллельной самой себе. В дни равноденствий Солнце освещает в одинаковой мере оба полушария Земли и на всем земном шаре день равен ночи. В остальное время эти полушария освещаются по-разному. Летом северное полушарие освещается больше, чем южное, па Северном полюсе стоит непрерывный день и в течение полугода светит незаходящее Солнце, а в это же время на Южном полюсе, в Антарктике, стоит полярная ночь. Таким образом, наклон оси земного шара к плоскости орбиты Земли в сочетании с годовым движением Земли вокруг Солнца является причиной смены времен года.

Изменение полуденной высоты Солнца . В результате перемещения по эклиптике Солнце ежедневно меняет точки восхода и захода, а также свою полуденную высоту. Так, на широте Петербурга в день зимнего солнцестояния, т. е. около 22 декабря, Солнце восходит на юго-востоке, в полдень достигает небесного меридиана на высоте всего 6°,5 и заходит на юго-западе. Этот день в Петербурге самый короткий в году - он длится всего 5 час. 54 мин.

На следующий день Солнце взойдет уже несколько восточное, в полдень поднимется немного выше вчерашнего, а зайдет несколько западнее. Так будет продолжаться до дня весеннего равноденствия, наступающего около 21 марта. В этот день Солнце взойдет точно в точке востока, а высота его увеличится на 23°,5 по сравнению с полуденной высотой в день зимнего солнцестояния, т. е. будет равна 30°. Затем Солнце начнет опускаться и зайдет точно в точке запада. В этот день ровно половину своего видимого пути Солнце совершит над горизонтом, а другую половину - под ним. Поэтому день будет равен ночи.

После весеннего равноденствия точки восхода и захода Солнца продолжают смещаться к северу, а полуденная высота - увеличивается. Так происходит до дня летнего солнцестояния, когда Солнце восходит на северо-востоке и заходит на северо-западе. Полуденная высота Солнца увеличится еще на 23",5 и будет равна в Петербурге около 53°,5.

Затем Солнце, продолжая свой путь по эклиптике, с каждым днем опускается все ниже, и дневной путь его укорачивается. Около 23 сентября день вновь равен ночи. В дальнейшем полуденное Солнце продолжает опускаться все ниже, дни в нашем полушарии укорачиваются, пока вновь не настанет зимнее солнцестояние.

Видимое движение Солнца и связанная с ними смена времен года были хорошо известны древним наблюдателям. Необходимость предсказывать наступление того или иного времени года послужила толчком к созданию первых календарей, основанных на движении Солнца.

5. Астрономические основы календаря

Мы уже знаем, что в основе всякого календаря лежат астрономические явления: смена дня и ночи, изменение лунных фаз и смена времен года. Эти явления дают три основные единицы измерения времени, лежащие в основе любой календарной системы, а именно: солнечные сутки, лунный месяц и солнечный год. Принимая средние солнечные сутки за величину постоянную, установим продолжительность лунного месяца и солнечного года. На протяжении всей истории астрономии продолжительность этих единиц измерения времени все время уточнялась.

Синодический месяц . В основе лунных календарей лежит синодический месяц - промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны. Первоначально, как уже известно, он определялся в 30 суток. Позже было установлено, что в лунном месяце 29,5 суток. В настоящее время средняя продолжительность синодического месяца принимается равной 29,530588 средних солнечных суток, или 29 суткам 12 часам 44 минутам 2,8 секунды среднего солнечного времени.

Тропический год . Исключительно важное значение имело постепенное уточнение продолжительности солнечного года. В первых календарных системах год содержал 360 суток. Древние египтяне и китайцы около пяти тысяч лет назад определили длину солнечного года в 365 суток, а за несколько столетий до нашей эры как в Египте, так и в Китае продолжительность года была установлена в 365,25суток.

В основу современного календаря положен тропический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия.

Определением точного значения величины тропического года занимались такие выдающиеся ученые, как П. Лаплас (1749-1827) в 1802 г., Ф. Бессель (1784-1846) в 1828 г., П. Ганзен (1795-1874) в 1853 г., У. Леверье (1811-1877) в 1858 г., и некоторые другие.

Когда в 1899 г. по инициативе Д. И. Менделеева (1834-1907) при Русском астрономическом обществе была образована комиссия по реформе существовавшего тогда в России юлианского календаря, великий ученый решил, что для успешной работы комиссии прежде всего надо знать точную длину тропического года. Для этого Д. И. Менделеев обратился к выдающемуся американскому астроному С. Ньюкому (1835-1909), который прислал ему обстоятельный ответ и приложил к нему составленную им таблицу величин тропического года для различных эпох:

Эта таблица показывает, что величина тропического года очень медленно изменяется. В нашу эпоху она уменьшается в каждое столетие на 0,54 секунды.

Для определения продолжительности тропического года С. Ньюком предложил общую формулу:

Т == 365,24219879 - 0,0000000614 (t - 1900),

где t - порядковое число года.

В октябре 1960 г. в Париже состоялась XI Генеральная конференция по мерам и весам, на которой была принята единая международная система единиц (СИ) и утверждено новое определение секунды как основной единицы времени, рекомендованное IX конгрессом Международного астрономического союза (Дублин, 1955 г.).

В соответствии с принятым решением эфемеридная секунда определяется как 1/31556925,9747 часть тропического года для начала 1900 г. Отсюда легко определить величину тропического года:

Т ==- 365 дней 5 час. 48 мин. 45,9747 сек.

или Т = 365,242199 суток.

Для календарных целей такая высокая точность не требуется. Поэтому, округляя до пятого десятичного знака, получим

Т == 365,24220 суток.

Такое округление величины тропического года дает ошибку в одни сутки за 100 000 лет. Поэтому принятая нами величина вполне может быть положена в основание всех календарных расчетов.

Итак, ни синодический месяц, ни тропический год не содержат целого числа средних солнечных суток и, следовательно, все эти три величины несоизмеримы. Это значит, что невозможно достаточно просто выразить одну из этих величин через другую, т. е. нельзя подобрать некоторое целое число солнечных годов, в которых содержалось бы целое число лунных месяцев и целое число средних солнечных суток. Именно этим объясняется вся сложность календарной проблемы и вся та путаница, которая в течение многих тысячелетий царила в вопросе счисления больших промежутков времени.

Три рода календарей . Стремление хотя бы до некоторой степени согласовать между собой сутки, месяц и год привело к тому, что в разные эпохи были созданы три рода календарей: солнечные, основанные на движении Солнца, в которых стремились согласовать между собою сутки и год; лунные (основанные па движении Луны) целью которых являлось согласование суток и лунного месяца; наконец, лунно-солнечные, в которых были сделаны попытки согласовать между собою все три единицы времени.

В настоящее время почти все страны мира пользуются солнечным календарем. Лунный календарь играл большую роль в древних религиях. Он сохранился и до настоящего времени в некоторых восточных странах, исповедующих мусульманскую религию. В нем месяцы имеют по 29 и 30 дней, причем количество дней меняется с таким расчетом, чтобы первое число каждого следующего месяца совпадало с появления на небе «нового месяца». Годы лунного календаря содержат попеременно 354 и 355 дней. Таким образом, лунный год на 10-12 дней короче солнечного года.

Лунно-солнечный календарь применяется в еврейской религии для расчета религиозных праздников, а также в государстве Израиль. Он отличается особой сложностью. Год в нем содержит 12 лунных месяцев, состоящих то из 29, то из 30 дней, но для учета движения Солнца периодически вводятся «високосные годы», содержащие добавочный, тринадцатый месяц. Простые, т. е. двенадцатимесячные годы, состоят из 353, 354 или 355 дней, а високосные, т. е. тринадцатимесячные, имеют по 383, 384 или 385 дней. Этим достигается то, что первое число каждого месяца почти точно совпадает с новолунием.

→ Календарь

Один сугубо отрицательный герой романа Ю.Семенова «Семнадцать мгновений весны» сказал как-то другому столь же отрицательному герою, что каждое утро смотрит на календарь. Действительно, многие люди начинают день с того, что смотрят на календарь. Никакие наши планы не обходятся без изучения этой таблицы с цифрами. Но многие ли знают, почему календарь именно такой? Почему во всех месяцах, кроме февраля постоянное, но неравное число дней? Почему в феврале их то 28, то 29? Почему мы празднуем некоторые праздники дважды, Новый год и Старый Новый год? Откуда, наконец, взялось само слово «календарь»?

Давным-давно человек заметил цикличность многих явлений природы. Солнце, поднявшись над горизонтом, не остается висеть над головой, а опускается на западной стороне неба, чтобы вновь подняться через какое-то время на востоке. То же происходит с Луной. Долгие теплые летние дни сменяются короткими и холодными зимними, и обратно. Наблюдаемые в природе периодические явления послужили основой для счета времени.

Какие периоды наиболее популярны? Прежде всего, это сутки, определяемые сменой дня и ночи. Сейчас нам известно, что смена эта обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Об этом вращении и связанном с ним измерении времени я более подробно расскажу отдельно. Для исчисления больших промежутков времени сутки малопригодны, как неудобны сантиметры для измерения расстояния между городами. Нужна бoльшая единица. Таковыми стали период смены фаз Луны – месяц, и период смены сезонов – год. Месяц обусловлен вращением Луны вокруг Земли, а год – вращением Земли вокруг Солнца. Разумеется, мелкие и крупные единицы нужно было соотнести друг с другом, т.е. привести в единую систему. Такая система, а также правила ее применения для измерения большим промежутков времени, стала называться календарем.

Слово «календарь» имеет экономическое происхождение. В Древнем Риме год делился на десять месяцев. Первый день каждого месяца назвался календами, от слова «calendarium» – долговая книга. В этот день должники обязаны были платить проценты по долгам. То же слово дало название системе счета времени. Интересно, что римляне считали дни обратным счетом, как студенты до сессии. «Когда это было?» - Спрашивал римлянин, и получал ответ: «За шесть дней до мартовских календ». В греческом календаре календ не было, поэтому расхожее выражение «до греческих календ» означает просто «никогда».

Период обращения Земли вокруг Солнца был определен еще в древности. Тогда же было установлено, что год содержит нецелое число суток. Современное значение продолжительности года – 365,2422 средних солнечных суток. Очевидно, пользоваться в хронологических целях таким годом неудобно. Но если положить календарный год равным, скажем, 365 дней, то скоро мы увидим, что сезоны «убегают» от календаря. Если первого марта когда-то начиналась весна, то менее чем за четыреста лет эта дата придется на середину зимы. Еще большие неудобства. Решить проблему можно, если сделать в разные годы разное число дней, а дни эти распределить таким образом, чтобы в среднем за большое число лет продолжительность календарного года была близка к астрономическому.

Я все время говорю про год. Но в основе календаря может лежать и меньшая единица – месяц. Так было принято в арабских странах. Так принято в некоторых этих странах и сейчас, например, в Саудовской Аравии. И не стоит называть лунный календарь мусульманским. Он возник задолго до появления ислама. Календарь назван лунным, так как основной его период – смена фаз Луны (синодический месяц). От новолуния до новолуния проходит в среднем 29,53058812 суток. Я сказал «в среднем», так как этот период испытывает небольшие вариации, вызванные неравномерностью движения Луны по орбите. Опять получаем ту же проблему: это число нецелое. Значит, лунный календарь также будет содержать разное число дней в разных периодах, а его создатель должен выбрать такое чередование месяцев, чтобы в среднем за много циклов продолжительность календарного месяца приближалась к астрономическому прообразу. Задача эта чисто арифметическая. Сейчас мы рассмотрим некоторые решения этой проблемы, найденные в разное время разными людьми. Начнем с лунного календаря, но основное внимание уделим применяемому в Европе солнечному.

Для рассмотрения календарной проблемы с достаточной точностью можно принять синодический месяц равным 29,53059 средних солнечных суток. Поэтому календарный месяц будет содержать либо 29, либо 30 суток. Продолжительность лунного календарного года тогда получится равной 12*29,53059 = 354,36706 суток. Можно принять, что год состоит из 354 суток: из шести полных месяцев по 30 дней и шести пустых по 29. А чтобы начало месяца как можно точнее совпадало с новолунием, эти месяцы должны чередоваться. Например, все нечетные месяцы будут по 30 дней, а четные – по 29. Однако, календарный год оказывается на 0,36706 суток короче астрономического, состоящего из 12 синодических месяцев. За три года ошибка составит уже больше суток. Таким образом, уже в четвертом от начала счета году новолуния будут приходиться не на первые, а на вторые сутки месяцев, через восемь лет – не третьи и т.д. А это значит, что календарь надо время от времени исправлять: примерно каждые три года делать вставку одного дня. Обычный год в 354 дня тогда можно назвать простым, а в 355 дней – продолженным, или високосным (термин происходит от латинского bis sextum – второй шестой, дополнительный день в римском календаре помещали после шестого дня до мартовских календ). Мы приходим таким образом к следующей задаче построения лунного календаря: найти такой порядок чередования простых и високосных лунных годов, чтобы начало каждого календарного месяца не отодвигалось заметно от новолуния. Ее решение начинается с поиска такого целого числа лунных лет, за которое набегает какое-то целое (точнее, почти целое) число вставных дней. Это легко сделать с помощью подходящих дробей. Я не буду здесь приводить подробные математические выкладки. Их можно найти в книге Климишина в списке в конце статьи. Сообщу лишь результаты. Дробную часть лунного года 0,36706 суток можно записать в виде простой дроби 36706/100000. Идеальный вариант – распределить 36706 «лишних» дней среди 100000 календарных лет. Но на такой долгий период строить календарь никто не решился. На практике пользовались такими приближениями к числу 0,36706: 3/8 и 11/30. В первом случае на протяжении восьми лет делается вставка трех дней. За восьмилетний календарный цикл остается ошибка в -0,0635 дней. Во втором случае за 30 лет добавляется 11 вставных дней. Остается ошибка 0,0118 суток за цикл, что дает сдвиг на один день вперед за 1/0,0118?30 ? 2500 лунных лет. Первый цикл из-за географического района применения получил название «турецкий», второй по той же причине – «арабский». Имена людей, их предложивших, к сожалению, за давностью лет утеряны.

Перейдем теперь к солнечному календарю. В его основе – тропический год, т.е. период обращения Земли по орбите относительно точки весеннего равноденствия. Именно этот период определяет смену сезонов. Он равен 365,24220 средних солнечных суток. Очевидно, календарный год будет содержать либо 365, либо 366 дней. Для распределения вставных лет по календарному циклу следует приблизить дробь 0,24220 какой-нибудь простой дробью с небольшим знаменателем. При этом, как и в случае лунного календаря, знаменатель определяет длительность цикла в годах, а числитель – число вставных дней. Среди возможных вариантов в разное время предлагались такие: 1/4, 8/33, 31/128, 97/400. Первый вариант содержит один продолженный год на три обычных и называется юлианским календарем. Он был введен в употребление римским императором Юлием Цезарем по предложению александрийского философа Созигена. Ошибка юлианского календаря составляет 0,0078 суток в год, что приводит к разнице в одни сутки за 128 лет.

Цикл в 33 лет с 8 високосными годами разработал персидский ученый, поэт и государственный деятель Омар Хайям (ок. 1048-1123). Он же ввел его своей властью в Персии в 1079 году. Только в XIX в. почти современный Иран отказался от него в пользу лунного календаря. Високосными годами в персидском календаре были 3-й, 7-й, 11-й, 15-й, 20-й, 24-й, 28-й и 32-й годы цикла. Период в 128 лет с 31 ставным днем предложил в 1864 году немецкий астроном Медлер, профессор Дерптского университета. Этот проект никогда не обсуждался на государственном уровне.

Больше повезло проекту итальянца Луиджи Лиллио (1520-1576). Для исправления большой ошибки юлианского календаря (1 день за 128 лет) он предложил простое правило, о котором я скажу ниже. Проект был представлен Папе Григорию XIII, им одобрен и введен в действие во всех католических странах в 1582 году. По имени Папы календарь стал называться григорианским. Он оказался столь удобным из-за простых правил чередования лет, что в настоящее время стал применяться повсеместно. В соответствии с величиной дробной части года 97/400 = 0,2425, ошибка в один день накапливается за 1/(0,2425-0,2422) = 3333 года.

Рассмотрим подробнее этот календарь, раз уж мы пользуемся именно им. Расскажу прежде о его истории. Волею императора Юлия Цезаря (100-44 гг. до н.э.) с 46 г. до н.э. во всей Римской империи применялся юлианский календарь. Кроме того, что через каждые три года по 365 дней добавлялся один високосный год, в календаре использовался отличный от традиционного римского счет дней и месяцев. Каждый нечетный месяц содержал 31 день, каждый четный – 30 дней. Февраль в простом году имел 29 дней, в високосном – 30. Почему именно февраль? Дело в том, что началом года в рисмком календаре было 1 марта. А февраль, таким образом, был последним месяцем года. Логично было добавить вставной день именно последним в году. Счет же по юлианскому календарю начался с 1 января 45 г. до н.э. В этот день должны были вступить в должность вновь избранные консулы, что и послужило поводом объявить его началом отсчета. Позже римский месяц Квинтилис был переименован в Юлиус (июль) для увековечения памяти убитого в 46 г. императора.

Надо отметить, что римские жрецы не сильно разбирались в математике и астрономии. Работ Созигена они не читали. Поэтому календарь несколько раз претерпевал изменения, объяснить которые разумно невозможно. Например, после смерти Цезаря високосным годом стали считать не каждый четвертый, а каждый третий год. Только в 9-ом г. до н.э. император Август исправил ошибку.

В 324 году римский император Константин (тот самый, в честь которого был назван город Константинополь) объявил во всей империи христианство государственной религией. Через год он созвал в г. Никее (ныне г. Извик в Турции) собор, на котором предполагалось установить даты основных христианских праздников, в частности, Пасхи. Вопрос о Пасхе имел большое значение, так как чуть ли не каждая община выбирала эту дату самостоятельно. Надо сказать, что единообразие не установлено до сих пор. Мы знаем, например, католическую, иудейскую, армянскую, православную и др. Пасхи. К сожалению, не могу изложить здесь интереснейшую историю происхождения и датировки этого праздника. По-видимому, Никейский собор так и не смог прийти к однозначному выводу о дате Пасхи. Текст его решения, если и был вообще написан, не сохранился. У историков нет преобладающего мнения о том, когда возникло нынешнее правило. Один из средневековых авторов писал, что для определения даты Пасхи применяются четыре правила: праздновать ее только после весеннего равноденствия, не праздновать в один день с иудеями, праздновать не только после равноденствия, но и после первого за равноденствием полнолуния и, наконец, праздновать в первый день седьмицы (в воскресенье). Первые два правила содержаться в писаном Апостольском своде, происхождение двух других неизвестно.

Почему я здесь обсуждаю Пасху? Потому что для правильного определения ее даты – первое воскресенье после первого полнолуния после весеннего равноденствия – нужно было либо вести непрерывные астрономические наблюдения, либо изложить известные уже тогда астрономам особенности движения Луны и Солнца, обуславливающие и равноденствие, и полнолуние, в виде четких правил определения даты в конкретном календаре. Второй путь оказался более практичным. А избранным календарем стал применяемый тогда в Римской империи юлианский календарь.

Итак, празднование важнейшего христианского праздника было привязано к юлианскому календарю. А календарь этот, как мы видели, очень неточный. За 128 лет накапливается ошибка в одни сутки. Поскольку юлианский год длиннее тропического, то прохождение Солнца через точку весеннего равноденствия сдвигается на все более раннюю дату. Если во время Никейского собора равноденствие приходилось на 21 марта, то к середине XVI в. оно сдвинулось на 10 дней назад и приходилось на 11 марта. Если полнолуние случалось в период с 11 до 21 марта, то весенним оно не считалось, и дата Пасхи отсчитывалась от следующего, почти тридцать дней спустя. В результате типично весенний праздник ощутимо сдвигался в сторону лета. Луиджи Лиллио правильно определил причины этого явления и предложил удачную поправку. 24 февраля 1582 года Григорий XIII издал предписании (буллу), которая начиналась словами «Inter gravissimas» («Среди важнейших…»). Угрожая всем несогласным отлучением от церкви, Папа предписывал «касательно месяца октября текущего 1582 г., чтобы десять дней, от третьего дня перед нонами (5 октября) до кануна ид (14 октября) включительно, были изъяты». Таким приемом весеннее равноденствие возвращалось на свое место, 21 марта. На будущее, чтобы исключить накопление ошибок, предписывалось не считать високосными те столетние годы, чисто столетий которых не делится без остатка на 4. Так, год 1600 является високосным и в прежнем юлианском, и в новом календаре. А вот високосные по юлианскому счету годы 1700, 1800 и 1900 в новом календаре были обыкновенными. За 400 лет изымались три «лишних» дня.

Григорианский календарь завоевал признание в некатолических странах не сразу. Вера среди людей часто пересиливает и здравый смысл, и реалии природы. Те страны, которые считали свою веру «более правильной», чем католическая, не приняли реформу теологическим соображениям. Тем не менее, к настоящему времени только Русская Православная Церковь упорно не желает считаться с астрономическими явлениями и настаивает на употреблении прежнего юлианского календаря. Насколько мне известно, в Государственной думе нашлись особо «православные» депутаты, предложившие законопроект об отречении от «вредного» западного календаря и возвращении на «правильный» юлианский. Словно никто не знает, что вводил этот «православный» календарь отнюдь не православный и даже вообще не христианин Юлий Цезарь! Остается заметить, что в России григорианский календарь (новый стиль) был установлен Декретом СНК РСФСР «О введении в Российской республике западноевропейского календаря» 24 января 1918 года. К этому моменту расхождение между старым и новым стилем достигло уже 13 суток. Поэтому декретом было предписано днем «после 31 января… считать не 1 февраля, а 14 февраля».

Обсуждая разницу в стилях, я считаю себя обязанным рассказать о некоторых заблуждениях, с этим связанных. Нужно четко понимать, что разница не остается постоянной, она растет со временем. К моменту реформы в 1582 году ошибка юлианского календаря была равна 10 суткам. Ближайший столетний год – 1600 – был високосным по обоим календарям, а следующий – 1700 – только по юлианскому (17 не делится на 4). Поэтому в XVIII в. разница возросла до 11 суток. Еще через 100 лет она стала равна 12 суткам. Наконец, с 1900 года и по сей день составляет 13 суток. Эта разница не изменилась в 2000 году, поскольку этот год, как и 1600, был високосным по обоим календарям. То, что в настоящее время разница составляет 13 суток, приводит недалеких людей к ложным выводам. Пересчитывая даты событий из одного календаря в другой, нужно применять разницу на момент события. Это легко понять, если только представить себе, что оба календаря сотни лет существовали параллельно. Когда скончался А.С. Пушкин? По старому стилю это произошло 29 января 1837 года. Но в то время в Западной Европе пользовались григорианским календарем. Какой день был на календаре французов в тот день? Разница в XIX в. составляла 12 дней. Следовательно, на листке у французов было написано «10 февраля». В 1918 году Россия не изобрела новый календарь, она присоединилась к уже существующему, по которому Пушкин умер 10 февраля. Каким местом думают те, которые прибавляют к дате по старому стилю 13 дней? Дата событий может быть разной в разных календарях, но не может же она менять со временем в одном и том же календаре!

Или возьмем Татьянин день, якобы 25 января. Иначе его называют днем студентов, поскольку в этот день состоялось открытие Московского университета. На самом деле, ни к Татьяне, ни к студентам дата 25 января отношения не имеет. Мученица Татиана жила в III в. (266-235 гг.). В то время не было григорианского календаря, поэтому как перенести дату того времени в новый календарь – это вопрос соглашения. День Татьяны в России отмечали 12 января (по старому стилю, разумеется), в этот день в 1755 году императрица подписала указ о создании Московского университета. Какая дата была у «григорианских» французов в тот день? Правильно, 23 января: в XVIII в., как я объяснил выше, разница составляла 11 дней. Кому пришло в голову прибавлять 13 дней? И что делать в таком случае после 2100 года, когда разница достигнет 14 дней?

Для тех, кто еще не понял, могу посоветовать такой прием. Нарисуйте на бумаге две параллельные шкалы. Это будут «нити времени». Время всюду одинаково, но измеряем мы его разными единицами. На одной шкале нанесите даты юлианского календаря, на другой – григорианского. Разумеется, с учетом правильного сдвига на каждый момент. Предположим, что происходит событие. Поставьте точку между шкалами – это наше событие. Проведите через нее прямую перпендикулярно шкалам. Пересечение с первой шкалой даст нам дату по старому стилю, со второй – по новому. В дальнейшем годовщина события отмечается в каждом календаре через целое число лет по этому же календарю. Момент события от календаря не зависит, а вот понятие «годовщина» предполагает целое число лет по определенному календарю. Разные календари – разные (возможно) моменты годовщин. Просто потому, что некоторые годы в этих календарях имеют разную продолжительность. Надеюсь, теперь нетрудно ответить на вопрос, когда нам отмечать день рождения И. Ньютона? В его метрике стоит дата 25 декабря 1642 года. Нужно помнить, что Англия – страна не католическая – приняла григорианский календарь только в 1752 году. Правильный ответ: 4 января.

В этой маленькой статье я кратко осветил астрономические основы календарей и происхождение современного григорианского календаря. За бортом остались такие интересные вопросы, как греческие и египетские календари, летоисчисление майя и древнего Китая, лунно-солнечный еврейский календарь и календари древней Руси и Шумера. Я умолчал о проектах реформы календаря и ее перспективах. О происхождении семидневной недели также не сказано ни слова. Из великого множества календарных заблуждений разобрал только одно. Ничего не упомянул о популярных в свое время «вечных» календарях. Наконец, выбор начала летоисчисления, нуль-пункта нашей шкалы времени, я тоже не обсуждал. Все это заслуживает отдельного разговора. Заинтересованный читатель может найти соответствующий материал в следующих книгах:

И.А. Климишин. Календарь и хронология. – 2-е изд., 1985 г.
Н.И. Идельсон. История календаря. – В кн.: Этюды по истории небесной механики. – 1976 г.
Буткевич А.В., Зеликсон М.С. Вечные календари. – 1984 г.
Голуб И.Я., Хренов Л.С. Время и календарь. – 1989 г.

а так же в статьях, регулярно публикуемых ранее в переменной части «Астрономического календаря».

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ГОУ ВПО «АмГУ»)

на тему: Астрономические основы календаря

по дисциплине: Концепции современного естествознания

Исполнитель

студент группы С82 В

Руководитель

к.т.н., доцент

Благовещенск 2008

Введение

1 Предпосылки появления календаря

2 Элементы сферической астрономии

2.1 Основные точки и линии небесной сферы

2.2 Небесные координаты

2.3 Кульминация светил

2.4 Сутки, звездные сутки

2.5 Среднее солнечное время

3 Смена времен года

3.1 Равноденствия и солнцестояния

3.2 Звездный год

3.3 Зодиакальные созвездия

3.5 Тропический, Бесселев год

3.6 Прецессия

4 Смена фаз луны

4.1 Сидерический месяц

4.2 Конфигурации и фазы Луны

4.3 Синодический месяц

5 Семидневная неделя

5.1 Происхождение семидневной недели

5.2 Названия дней недели

6 Арифметика календарей

6.1 Лунный календарь

6.2 Лунно-солнечный календарь

6.3 Солнечный календарь

6.4 Особенности григорианского календаря

Заключение

Список использованных источников

Естествознание – система наук о природе, включающая космологию, физику, химию, биологию, геологию, географию и другие. Главная цель изучения его – познание сущности (истины) явлений природы путем формулирования законов и выведения следствий из них /1/.

Учебный курс «Концепции современного естествознания» был введен сравнительно недавно в систему высшего образования и в настоящее время является основой естественнонаучного образования при подготовке в вузах России квалифицированных кадров гуманитарных и социально-экономических специальностей.

Первоочередная цель образования – приобщить нового члена общества к культуре, созданной за тысячелетнюю историю человечества. Понятие «культурный человек» традиционно ассоциируется с личностью, свободно ориентирующейся в истории, литературе, музыке, живописи: акцент, как видим, падает на гуманитарные формы отражения мира. Однако в наше время пришло понимание того, что неотъемлемой и важнейшей частью общечеловеческой культуры являются достижения естественных наук. Особенностью курса является то, что он охватывает чрезвычайно широкую предметную область.

Целью написания данного реферата является понимание астрономических основ календаря, причин его возникновения, а также происхождение отдельных понятий, таких как сутки, неделя, месяц, год, систематизация которых и привела к появлению календаря.

Чтобы использовать единицы измерения времени (сутки, месяц, год), людям древности необходимо было их осознать, затем научиться подсчитывать, сколько раз в каком-то промежутке времени, разделяющем интересующие их события, укладывалась та или другая единица счета. Без этого люди просто не могли жить, общаться между собой, торговать, заниматься земледелием и т. д. Вначале такой счет времени мог быть весьма примитивным. Но в дальнейшем, по мере развития человеческой культуры, с возрастанием практических потребностей людей календари все более совершенствовались, в качестве их составных элементов появились понятия года, месяца, недели.

Трудности, возникающие при разработке календаря, обусловлены тем, что продолжительность суток, синодического месяца и тропического года несоизмеримы между собой. Неудивительно поэтому, что в далеком прошлом каждое племя, каждый город, государство создавали свои собственные календари, по-разному составляя из суток месяцы и годы. В одних местах люди считали время единицами, близкими к продолжительности синодического месяца, принимая в году определенное (например, двенадцать) число месяцев и не считаясь с изменением времени года. Так появились лунные календари. Другие измеряли время такими же месяцами, но продолжительность года стремились согласовать с изменениями времен года (лунно-солнечный календарь). Наконец, третьи за основу счета дней брали смену времен года, а смену фаз Луны вообще не принимали во внимание (солнечный календарь).

Таким образом, задача о построении календаря состоит из двух частей. Во-первых, на основании многолетних астрономических наблюдений необходимо было как можно точнее установить продолжительность периодического процесса (тропического года, синодического месяца), который принимается за основу календаря. Во-вторых, было необходимо подобрать календарные единицы счета целых суток, месяцев, лет различной продолжительности и установить правила их чередования таким образом, чтобы за достаточно большие промежутки времени средняя продолжительность календарного года (а также календарного месяца в лунных и лунно-солнечных календарях) была близкой к тропическому году (соответственно – синодическому месяцу).

В своей практической деятельности люди не могли обходиться и без определенной эры– системы счета (летосчисления). В далеком прошлом каждое племя, каждое поселение создавало свою собственную календарную систему и свою эру. При этом в одних местах счет лет велся от какого-то реального события (например, от прихода к власти того или другого правителя, от опустошительной войны, наводнения или землетрясения), в других – от события вымышленного, мифического, часто связанного с религиозными представлениями людей. Начальную точку отсчета той или другой эры принято называть ее эпохой.

Все свидетельства о событиях давно минувших дней необходимо было упорядочить, найти им соответствующее место на страницах единой всемирной истории. Так возникла наука хронология (от греческих слов «хронос»– время и «логос» – слово, учение), задача которой – изучать все формы и методы счисления времени, сопоставлять и определять точные даты различных исторических событий и документов, а в более широком плане – узнавать возраст находимых при археологических раскопках остатков материальной культуры, а также возраст нашей планеты в целом. Хронология является такой научной областью, в которой астрономия соприкасается с историей.

При изучении вида звездного неба пользуются понятием небесной сферы – воображаемой сферы произвольного радиуса, к внутренней поверхности которой как бы «подвешены» звезды. В центре этой сферы (в точке О) и находится наблюдатель (рисунок 1). Точка небесной сферы, расположенная прямо над головой наблюдателя, называется зенитом, противоположная ей – надиром. Точки пересечения воображаемой оси вращения Земли («оси мира») с небесной сферой называются полюсами мира. Проведем через центр небесной сферы три воображаемые плоскости: первую перпендикулярно к отвесной линии, вторую перпендикулярно к оси мира и третью – через отвесную линию (через центр сферы и зенит) и ось мира (через полюс мира). В результате на небесной сфере получим три больших круга (центры которых совпадают с центром небесной сферы): горизонт, небесный экватор и небесный меридиан. Небесный меридиан пересекается с горизонтом в двух точках: точке севера (N) и точка юга (S), небесный экватор – в точке востока (Е) и точке запада (W). Линия SN, определяющая направление «север – юг», называется полуденной линией.

Рисунок 1 – Основные точки и линии небесной сферы; стрелкой указано направление ее вращения

Видимое годичное передвижение центра диска Солнца среди звезд происходит по эклиптике – большому кругу, плоскость которого составляет с плоскостью небесного экватора угол е = 23°27 / . С небесным экватором эклиптика пересекается в двух точках (рисунок 2): в точке весеннего равноденствия Т (20 или 21 марта) и в точке осеннего равноденствия (22 или 23 сентября).

2.2 Небесные координаты

Как и на глобусе – уменьшенной модели Земли, на небесной сфере, можно построить координатную сетку, позволяющую определить координаты любого светила. Роль земных меридианов на небесной сфере играют круги склонений, проходящие от северного полюса мира к южному, вместо земных параллелей на небесной сфере проводятся суточные параллели. Для каждого светила (рисунок 2) можно найти:

1. Угловое расстояние а его круга склонения от точки весеннего равноденствия, измеренное вдоль небесного экватора против суточного движения небесной сферы (аналогично тому, как вдоль земного экватора мы измеряем географическую долготу X – угловое расстояние меридиана наблюдателя от нулевого гринвичского меридиана). Эта координата называется прямым восхождением светила.

2. Угловое расстояние светила б от небесного экватора– склонение светила, измеренное вдоль круга склонений, проходящего через это светило (соответствует географической широте).

Рисунок 2 – Положение эклиптики на небесной сфере; стрелкой указано направление видимого годичного движения Солнца

Прямое восхождение светила а измеряется в часовой мере – в часах (ч или h), минутах (м или т) и секундах (с или s) от 0 h до 24 h склонение б – в градусах, со знаком «плюс» (от 0° до +90°) по направлению от небесного экватора к северному полюсу мира и со знаком «минус» (от 0° до –90°) – к южному полюсу мира. В процессе суточного вращения небесной сферы эти координаты для каждого светила остаются неизменными.

Положение каждого светила на небесной сфере в данный момент времени можно описать и двумя другими координатами: его азимутом и угловой высотой над горизонтом. Для этого от зенита через светило к горизонту проводим мысленно большой круг – вертикал. Азимут светила А отсчитывается от точки юга S к западу до точки пересечения вертикала светила с горизонтом. Если же отсчет азимута ведется от точки юга против часовой стрелки, то ему приписывают знак минус. Высота светила h отсчитывается вдоль вертикала от горизонта до светила (рисунок 4). Из рисунка 1, видно, что высота полюса мира над горизонтом равна географической широте наблюдателя.

2.3 Кульминация светил

В процессе суточного вращения Земли каждая точка небесной сферы дважды проходит через небесный меридиан наблюдателя. Прохождение того или другого светила через ту часть дуги небесного меридиана, на которой расположен зенит наблюдателя, называется верхней кульминациейсветила. При этом высота светила над горизонтом достигает наибольшего значения. В момент нижней кульминациисветило проходит противоположную часть дуги меридиана, на которой находится надир. Временем, прошедшим после верхней кульминации светила, измеряется часовой уголсветила U .

Если светило в верхней кульминации проходит через небесный меридиан к югу от зенита, то его высота над горизонтом в этот момент равна:

2.4 Сутки, звездные сутки

Постепенно поднимаясь вверх, Солнце достигает своего наивысшего положения на небе (момент верхней кульминации), после чего медленно опускается вниз, чтобы на несколько часов снова скрыться за горизонтом. Спустя 30 – 40 минут после захода Солнца, когда закончатся вечерние сумерки, на небе появляются первые звезды. Это правильное чередование дня и ночи, являющееся отображением вращения Земли вокруг своей оси, и дало людям естественную единицу времени – сутки.

Итак, сутки – это промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями Солнца. За начало истинных солнечныхсуток принимают момент нижней кульминации центра диска Солнца (полночь). В согласии с традицией, которая пришла к нам из Древнего Египта и Вавилонии, сутки делятся на 24 часа, каждый час – на 60 минут, каждая минута - на 60 секунд. Время Т 0 , измеренное от нижней кульминации центра диска Солнца, называется истинным солнечным временем.

Но Земля является шаром. Поэтому свое собственное (местное) время будет одинаковым лишь для пунктов, находящихся на одном и том же географическом меридиане.

Уже говорилось о вращении Земли вокруг своей оси относительно Солнца. Оказалось удобным и даже необходимым ввести еще одну единицу времени – звездные сутки, как промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями одной и той же звезды. Так как, вращаясь вокруг оси, Земля еще и движется по своей орбите, то звездные сутки короче солнечных почти на четыре минуты. В году же звездных суток ровно на единицу больше, чем солнечных.

За начало звездных суток принят момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Отсюда звездное время – это время, истекшее с момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Оно измеряется часовым углом точки весеннего равноденствия. Звездное время равно прямому восхождению светила, находящегося в данный момент времени в верхней кульминации (в это время часовой угол светила t = 0).

Уравнение времени говорит о том, что истинное Солнце в своем движении на небесной сфере то «обгоняет» среднее солнце, то «отстает» от него, и если время измеряется по среднему солнцу, то тени от всех предметов отбрасываются из-за их освещения истинным Солнцем. Предположим, что кто-то решил построить здание лицом к югу. Желаемое направление ему укажет полуденная линия: в момент верхней кульминации Солнца, когда оно, пересекая небесный меридиан, «проходит над точкой юга», тени от вертикальных предметов падают вдоль полуденной линии по направлению к северу. Поэтому для решения задачи достаточно подвесить на нити грузик и в упомянутый момент времени вбить колышки вдоль отброшенной нитью тени.

Но установить «на глаз», когда центр диска Солнца пересекает небесный меридиан, невозможно, этот момент следует рассчитать заранее.

Звездное время используем для определения того, какие участки звездного неба (созвездия) будут видны над горизонтом в то или другое время суток и года. В каждый конкретный момент времени в верхней кульминации находятся те звезды, для которых а = 5. Рассчитывая звездное время s, и определяем условия видимости звезд и созвездий.

Измерения показывают, что продолжительность истинных солнечных суток на протяжении года неодинакова. Наибольшую длину они имеют 23 декабря, наименьшую 16 сентября, причем разница в их продолжительности в указанные дни составляет 51 секунду. Это обусловлено двумя причинами:

1) неравномерным движением Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите;

2) наклоном оси суточного вращения Земли к плоскости эклиптики.

Очевидно, что пользоваться при измерении времени такой нестабильной единицей, как истинные сутки, нельзя. Поэтому в астрономии было введено понятие среднего солнца. Это – фиктивная точка, которая на протяжении года равномерно перемещается вдоль небесного экватора. Промежуток времени между двумя одноименными последовательными кульминациями среднего солнца называется средними солнечными сутками. Время, измеренное от нижней кульминации среднего солнца, называется средним солнечнымвременем. Именно среднее солнечное время и показывают наши часы, ими мы пользуемся во всей своей практической деятельности.

2.6 Поясное, декретное и летнее время

В конце прошлого века земной шар был разбит через каждые 15° по географической долготе на 24 часовых пояса. С тем, чтобы внутри каждого пояса, имеющего номер N (N изменяется от 0 до 23), часы указывали одно и то же поясное время – Т п – среднее солнечное время географического меридиана, проходящего через середину этого пояса. При переходе от пояса к поясу, в направлении с запада на восток, время на границе пояса скачком увеличивается ровно на один час. В качестве нулевого принят пояс, расположенный (по долготе) в полосе ±7°,5 от гринвичского меридиана. Среднее солнечное время этого пояса называется гринвичским или всемирным.

Во многих странах мира в летние месяцы года практикуется переход на время соседнего, расположенного к востоку часового пояса.

В России также введено летнее время: ночью в последнее воскресенье марта стрелки часов переводятся на один час вперед по сравнению с декретным временем, а ночью в последнее воскресенье сентября возвращаются обратно.

Вращаясь вокруг своей оси, Земля в то же время со скоростью 30 км/с движется вокруг Солнца. При этом воображаемая ось суточного вращения планеты не изменяет своего направления в пространстве, а переносится параллельно самой себе. Поэтому величина склонения Солнца на протяжении года непрерывно (и к тому же с различной скоростью) изменяется. Так, 21 (22) декабря оно имеет наименьшее значение, равное -23°27", через три месяца, 20(21) марта равно нулю°, далее 21 (22) июня оно достигает наибольшего значения +23°27 / , 22 (23) сентября снова становится равным нулю, после чего до 21 декабря склонение Солнца непрерывно уменьшается. Но весной и осенью скорость изменения склонения довольно велика, тогда как в июне и декабре она гораздо меньше. Это создает впечатление некоторого «стояния» Солнца летом и зимой на определенном расстоянии от небесного экватора на протяжении нескольких суток. 21 – 22 декабря в северном полушарии высота Солнца над горизонтом в верхней его кульминации бывает наименьшей; этот день в году является наиболее коротким, за ним следует самая длинная в году ночь зимнего солнцестояния. Наоборот, летом, 21 или 22 июня, высота Солнца над горизонтом в верхней кульминации наибольшая, этот день летнего солнцестояния имеет самую большую длительность. 20 или 21 марта наступает весеннее равноденствие (Солнце в своем видимом годичном движении проходит через точку весеннего равноденствия из южного полушария в северное), а 22 или 23 сентября – осеннее равноденствие. В эти даты длительность дня и ночи уравнивается. Под влиянием притяжения, действующего на Землю со стороны других планет, параметры орбиты Земли, в частности ее наклонение к плоскости небесного экватора е, изменяются: плоскость земной орбиты как бы «пошатывается» и на протяжении миллионов лет эта величина колеблется около своего среднего значения.

Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, и поэтому ее расстояние от него на протяжении года несколько изменяется. Ближе всего к Солнцу наша планета (в настоящее время) бывает 2–5 января, в это время скорость ее движения по орбите является наибольшей. Поэтому продолжительность сезонов года неодинакова: весны – 92 дня, лета – 94 дня, осени – 90 и зимы – 89 дней для северного полушария. Весна и лето (число дней, истекших от момента перехода Солнца через точку весеннего равноденствия до его перехода через точку осеннего равноденствия) в северном полушарии продолжаются 186 дней, тогда как осень и зима – 179. Несколько тысяч лет назад «вытянутость» эллипса земной орбиты была меньшей, поэтому меньшей была и разность между упомянутыми промежутками времени. В связи с изменением высоты Солнца над горизонтом происходит закономерная смена времен года. Холодная зима с ее лютыми морозами, длинными ночами и короткими днями сменяется цветущей весной, затем урожайным летом, за которым идет осень.

3.2 Звездный год

Сопоставляя вид звездного неба сразу после захода Солнца ото дня ко дню на протяжении нескольких недель, можно заметить, что видимое положение Солнца по отношению к звездам непрерывно меняется: Солнце передвигается с запада на восток и на протяжении каждых 365,256360 суток делает на небе полный круг, возвращаясь к той же звезде. Этот промежуток времени называется звездным годом.

3.3 Зодиакальные созвездия

Для лучшей ориентации в безграничном звездном океане астрономы разделили небо на 88 отдельных площадок – созвездий. По 12 созвездиям, которые называются зодиакальными, и проходит Солнце на протяжении года.

В прошлом, примерно 2000 лет назад, да и в средневековье для удобства в отсчете положения Солнца на эклиптике, она была разделена на 12 равных частей по 30° в каждой. Каждую дугу в 30° было принято обозначать знаком того зодиакального созвездия, через которое в том или другом месяце проходило Солнце. Так на небе появились «знаки Зодиака». За начало отсчета была принята точка весеннего равноденствия, находившаяся в начале н. э. в созвездии Овна. Отсчитанная от нее дуга длиной 30° обозначалась знаком «бараньи рога». Дальше Солнце проходило через созвездие Тельца, поэтому дуга эклиптики от 30 до 60° обозначалась «знаком Тельца» и т. д. Расчеты положения Солнца, Луны и планет в «знаках Зодиака», т. е. фактически на определенных угловых расстояниях от точки весеннего равноденствия, проводились на протяжении многих столетий для составления гороскопов.

3.4 Характерные восходы и заходы звезд

Благодаря непрерывному перемещению диска Солнца на небесной сфере с запада на восток вид звездного неба от вечера к вечеру хотя и медленно, но непрерывно изменяется. Так, если в определенное время года какое-то созвездие зодиака спустя час после захода Солнца видно в южной части неба (скажем, проходит через небесный меридиан), то благодаря указанному движению Солнца в каждый последующий вечер это созвездие будет проходить через меридиан на четыре минуты раньше, чем в предыдущий. К моменту же захода Солнца оно будет все больше передвигаться в западную часть неба. Примерно через три месяца это зодиакальное созвездие уже скроется в лучах вечерней зари, а спустя 10–20 дней оно будет видно уже утром перед восходом Солнца в восточной части небосвода. Примерно так же ведут себя и другие заходящие созведия и отдельные звезды. При этом смена условий их видимости существенно зависит от географической широты наблюдателя и склонения светила, в частности от его расстояния от эклиптики. Так, если звезды зодиакального созвездия достаточно удалены от эклиптики, то утром они видны даже раньше, чем прекращается их вечерняя видимость.

Первое появление звезды в лучах утренней зари (т. е. первый утренний восход звезды) называется ее гелиакическим (от греческого «гелиос» – Солнце) восходом. С каждым последующим днем эта звезда успевает подняться над горизонтом все выше: ведь Солнце продолжает свое годичное движение по небу. Через три месяца к моменту восхода Солнца эта звезда вместе со «своим» созвездием уже проходит меридиан (в верхней кульминации), а еще через три месяца будет скрываться за горизонтом на западе.

Заход звезды в лучах утренней зари, происходящий единственный раз в году (утренний заход), принято называть ее космическим («космос» – «украшение») заходом. Далее, восход звезды над горизонтом на востоке при заходе Солнца (восход в лучах вечерней зари) называется ее акроническим восходом (от греческого «акрос» – высший; по-видимому, имелось в виду наиболее удаленное от Солнца положение). И, наконец, заход звезды в лучах вечерней зари принято называть гелиакическим заходом.

3.5 Тропический, Бесселев год

При движении Солнца по эклиптике. 20 (или 21) марта центр диска Солнца пересекает небесный экватор, переходя из южного полушария небесной сферы в северное. Точка пересечения небесного экватора с эклиптикой – точка весеннего равноденствия находится в наше время в созвездии Рыб. На небе она не «отмечена» какой-либо яркой звездой, ее местонахождение на небесной сфере астрономы устанавливают с весьма высокой точностью по наблюдениям близких к ней «опорных» звезд.

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра диска Солнца через точку весеннего равноденствия называется истинным, или тропическим годом. Продолжительность его равна 365,2421988 суток или же 365 дней 5 часов 48 минут и 46 секунд. Принимается, что и среднее солнце за то же время возвращается к точке весеннего равноденствия.

Продолжительность нашего календарного года неодинакова: он содержит то 365, то 366 дней. Между тем астрономы отсчитывают тропические годы одинаковой длительности. По предложению немецкого астронома Ф. В. Бесселя (1784– 1846) за начало астрономического (тропического) года принимают момент, когда прямое восхождение среднего экваториального солнца равно 18 h 40 m .

3.6 Прецессия

Продолжительность тропического года на 20 минут 24 секунды короче звездного года. Это связано с тем, что точка весеннего равноденствия со скоростью 50",2 в год перемещается по эклиптике навстречу годичному движению Солнца. Это явление было открыто еще древнегреческим астрономом Гиппархом во II в. до н. э. и названо прецессией, или предварением равноденствий. За 72 года точка весеннего равноденствия смещается по эклиптике на 1º, за 1000 лет – на 14° и т. д. Примерно за 26 000 лет она сделает полный круг на небесной сфере. В прошлом же, около 4000 лет назад, точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Тельца недалеко от звездного скопления Плеяд, летнее же солнцестояние в это время наступало в момент прохождения Солнца через созвездие Льва недалеко от звезды Регул.

Явление прецессии возникает потому, что форма Земли отличается от сферической (наша планета как бы сплюснута у полюсов). Под действием притяжения Солнцем и Луной различных частей «сплюснутой» Земли ось ее суточного вращения описывает конус вокруг перпендикуляраплоскости эклиптики. В итоге полюсы мира перемещаются среди звезд по малым кругам с радиусами около 23°27 / . Одновременно смещается на небесной сфере и вся сетка экваториальных координат, а с него и точка весеннего равноденствия. Вследствие прецессии вид звездного неба на определенный день года медленно, но непрерывно меняется.

3.7 Изменение числа суток в году

Как показали проведенные на протяжении многих десятков лет наблюдения кульминаций звезд, вращение Земли вокруг своей оси постепенно замедляется, хотя величина этого эффекта все еще известна с недостаточной точностью. Предполагается, что за последние две тысячи лет продолжительность суток увеличивалась в среднем на 0,002 с в столетие. Это, казалось бы, ничтожно малая величина, накопляясь, приводит к весьма заметным результатам. Из-за этого, например, будут неточными расчеты моментов солнечных затмений и условий их видимости в прошлом.

В наше время величина тропического года уменьшается каждое столетие на 0,54 с. По оценкам, миллиард лет назад сутки были на 4 часа короче, чем сегодня, а примерно через 4,5 млрд. лет Земля будет делать всего девять оборотов вокруг своей оси за год.

Вероятно, первое из астрономических явлений, на которое обратил внимание первобытный человек, была смена фаз Луны. Она-то и позволяла ему учиться вести счет суткам. И не случайно, во многих языках слово «месяц» имеет общий корень, созвучный с корнями слов «мерить» и «Луна», например, латинское mensis– месяц и mensurа – мера, греческое «мэнэ» – Луна и «мэн» – месяц, английское moon– Луна и month– месяц. Да и русское общенародное название Луны – месяц.

4.1 Сидерический месяц

Наблюдая за положением Луны на небе на протяжении нескольких вечеров, легко убедиться в том, что она передвигается среди звезд с запада на восток со средней скоростью 13°,2 в сутки. Угловой диаметр Луны (так же, как и Солнца) равен примерно 0°,5. Можно сказать поэтому, что за каждые сутки Луна сдвигается к востоку на 26 своих поперечников, а за один час – более чем на величину своего диаметра. Сделав полный круг на небесной сфере, Луна спустя 27,321661 суток (=27 d 07 h 43 m ll s ,5) возвращается к той же звезде. Этот промежуток времени называется сидерическим (т. е. звездным: sidus– звезда по-латыни) месяцем.

4.2 Конфигурации и фазы Луны

Как известно, Луна, диаметр которой почти в 4, а масса – в 81 раз меньше, чем у Земли, обращается вокруг нашей планеты на среднем расстоянии в 384 000 км. Поверхность Луны холодна и светится она отраженным солнечным светом. При обращении Луны вокруг Земли или, как принято говорить, при смене конфигураций Луны (от латинского configuro– придаю правильную форму) – ее положений относительно Земли и Солнца та часть ее поверхности, которую видно с нашей планеты, освещается Солнцем неодинаково. Следствием этого является периодическое изменение фаз Луны. Когда Луна при своем движении оказывается между Солнцем и Землей (это положение называется конъюнкцией – соединением), к Земле она обращена неосвещенной стороной, и тогда ее вообще не видно. Это – новолуние.

Появившись затем на вечернем небе сначала в виде узкого серпа, Луна приблизительно через 7 суток уже видна в форме полукруга. Эта фаза называется первой четвертью. Еще примерно через 8 дней Луна занимает положение прямо противоположное Солнцу и ее обращенная к Земле сторона полностью освещается им. Наступает полнолуние, в это время Луна восходит при заходе Солнца и видна на небе всю ночь. Через 7 суток после полнолуния наступает последняя четверть, когда Луна снова видна в форме полукруга, обращенного выпуклостью уже в другую сторону, и восходит после полуночи. Напомним, что если в момент новолуния тень Луны падает на Землю (чаще она проскальзывает «выше» или «ниже» нашей планеты), происходит солнечное затмение. Если же Луна в полнолунии погружается в тень Земли, наблюдается лунное затмение.

4.3 Синодический месяц

Промежуток времени, спустя который фазы Луны снова повторяются в том же порядке, называется синодическим месяцем. Он равен 29,53058812 суток = 29 d 12 h 44 m 2 s ,8. Двенадцать же синодических месяцев составляют 354,36706 суток. Таким образом, синодический месяц несоизмерим ни с сутками, ни с тропическим годом: он не состоит из целого числа суток и не укладывается без остатка в тропическом году.

Указанная продолжительность синодического месяца является его средним значением, которое получают так: подсчитывают, сколько времени протекло между двумя далеко отстоящими друг от друга затмениями, сколько раз за это время Луна сменила свои фазы, и делят первую величину на вторую (причем выбирают несколько пар и находят среднее значение). Так как Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите, то линейная и наблюдаемая угловая скорости ее движения в различных точках орбиты различны. В частности, эта последняя изменяется в пределах примерно от 11° до 15° в сутки. Очень усложняется движение Луны и силой притяжения, действующей на нее со стороны Солнца, ведь величина этой силы непрерывно меняется как по ее численному значению, так и по направлению: она имеет наибольшее значение в новолунии и наименьшее – в полнолунии. Реальная продолжительность синодического месяца меняется от 29 d 6 h 15 m до 29 d 19 h 12 m

Искусственные единицы измерения времени, состоящие из нескольких (трех, пяти, семи и т. д.) дней, встречаются у многих народов древности. В частности, древние римляне и этруски вели счет дням «восьмидневками»– торговыми неделями, в которых дни обозначались буквами от А до Н; семь дней такой недели были рабочими, восьмые – базарными. Эти рыночные дни становились и днями празднеств.

Обычай измерять время семидневной неделей пришел к нам из Древнего Вавилона и, по-видимому, связан с изменением фаз Луны. В самом деле, продолжительность синодического месяца составляет 29,53 суток, причем люди видели Луну на небе около 28 суток: семь дней продолжается увеличение фазы Луны от узкого серпа до первой четверти, примерно столько же – от первой четверти до полнолуния и т. д.

Но наблюдения за звездным небом дали еще одно подтверждение «исключительности» числа семь. В свое время древневавилонские астрономы обнаружили, что, кроме неподвижных звезд, на небе видны и семь «блуждающих» светил, которые позже были названы планетами (от греческого слова «планэтэс», которое и означает «блуждающий»). Предполагалось, что эти светила обращаются вокруг Земли и что их расстояния от нее возрастают в таком порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. В Древнем Вавилоне возникла астрология – верование, будто планеты влияют на судьбы отдельных людей и целых народов. Сопоставляя определенные события в жизни людей с положением планет на звездном небе, астрологи полагали, что такое же событие наступит снова, если это расположение светил повторится. Само же число семь – количество планет – стало священным как для вавилонян, так и для многих других народов древности.

Разделив сутки на 24 часа, древневавилонские астрологи составили представление, будто каждый час суток находится под покровительством определенной планеты, которая как бы «управляет» им. Счет часов был начат с субботы: первым ее часом «управлял» Сатурн, вторым – Юпитер, третьим – Марс, четвертым – Солнце, пятым – Венера, шестым – Меркурий и седьмым – Луна. После этого цикл снова повторялся, так что 8-м, -15-м и 22-м часами «управлял» Сатурн, 9-м, 16-м и 23-м – Юпитер и т. д. В итоге получилось, что первым часом следующего дня, воскресенья, «управляло» Солнце, первым часом третьего дня–Луна, четвертого – Марс, пятого – Меркурий, шестого – Юпитер и седьмого – Венера. Соответственно этому и получили свои названия дни недели. Последовательную смену этих названий астрологи изображали вписанной в окружность семиконечной звездой, в вершинах которой обычно ставились названия дней недели, планет и их условные обозначения (рисунок 00).

Рисунок 3 – Астрологические изображения смены дней недели

Эти названия дней недели именами богов перекочевали к римлянам, а затем в календари многих народов Западной Европы.

В русском языке название дня перешло на всю семидневку (седмицу, как ее когда-то называли). Таким образом, понедельник – это «первый день после недели», вторник – второй день, четверг – четвертый, пятница – пятый, а среда действительно была средним днем. Любопытно, что в старославянском языке встречается и более древнее ее название – третийник.

В заключение следует отметить, что семидневная неделя распространилась в Римской империи еще при императоре Августе (63 г. до н. э. – 14 г. н. э.) в связи с увлечением римлян астрологией. В частности, в Помпеях найдены настенные изображения семи богов дней недели. Само же широкое распространение и «живучесть» промежутка времени в семь суток связано, по-видимому, с наличием определенных психофизиологических ритмов человеческого организма соответствующей продолжительности.

Природа предоставила людям три периодических процесса, позволяющих вести учет времени: смену дня и ночи, смену фаз Луны и смену времен года. На их основе и сложились такие понятия как сутки, месяц и год. Однако число суток и в календарном году, и в календарном месяце (как и число месяцев в году) может быть только целым. Между тем их астрономические прообразы – синодический месяц и тропический год – содержат дробные части суток. «Поэтому,– говорит известный специалист по «календарной проблеме» ленинградский профессор Н. И. Идельсон (1885–1951),– календарная единица неизбежно выходит ошибочной против своего астрономического прообраза; с течением времени эта ошибка накопляется и календарные даты уже не соответствуют астрономическому положению вещей». Как выровнять эти расхождения? Это задача чисто арифметическая; она ведет к установлению календарных единиц с неодинаковым числом дней (например, 365 и 366, 29 и 30) и к определению правил их чередования После того как с помощью астрономических наблюдений надежно установлены продолжительность тропического года и синодического месяца, а из теории чисел получены правила чередования календарных единиц с неодинаковым числом дней (например, простых и високосных годов), календарную проблему можно считать решенной. По образному выражению Н. И. Идельсона, календарная система «получает свое течение как бы независимо от астрономии» и, «обращаясь к календарю, мы вовсе не должны... сосредоточиваться на тех астрономических фактах и соотношениях, из которых он выведен». И наоборот: «Календарь, который остается в постоянном соприкосновении с астрономией, делается громоздким и неудобным»

При рассмотрении теории лунного календаря продолжительность синодического месяца с достаточной степенью точности можно принять равной 29,53059 суток. Очевидно, что соответствующий ему календарный месяц может содержать 29 или 30 суток. Календарный лунный год состоит из 12 месяцев. Соответствующая ему продолжительность астрономического лунного года равна:

12X29,53059 = 354,36706 суток.

Можно поэтому принять, что календарный лунный год состоит из 354 суток: из шести «полных» месяцев по 30 суток и шести «пустых» по 29 суток, так как 6 X 30 + 6 X 29 = 354. А чтобы начало календарного месяца как можно точнее совпадало с новолунием, эти месяцы должны чередоваться; например, все нечетные месяцы могут содержать по 30, а четные – по 29 дней.

Однако промежуток времени в 12 синодических месяцев на 0,36706 суток больше календарного лунного года в 354 суток. За три таких года эта ошибка составит уже 3X0,36706= 1,10118 суток. Следовательно, в четвертом от начала счета году новолуния будут уже приходиться не на первые, а на вторые числа месяцев, через восемь лет – на четвертые и т. д. А это значит, что календарь время от времени следует исправлять: приблизительно через каждые три года делать вставку в один день, т. е. вместо 354 дней считать в году 355 дней. Год в 354 дня принято называть простым, год в 355 дней – продолженным или високосным.

Задача построения лунного календаря сводится к следующему: найти такой порядок чередования простых и високосных лунных годов, при котором начала календарных месяцев не отодвигались бы заметно от новолуния.

Опыт показывает, что за каждые 30 лет (один цикл) новолуния по отношению к первому числу календарных месяцев передвигаются на 0,0118 суток вперед, а это дает сдвиг в один день примерно за 2500 лет.

Теория. В основу теории лунно-солнечных календа рей положены две астрономические величины:

1 тропический год = 365,242 20 суток;

1 синодический месяц = 29,530 59 суток.

Отсюда получаем:

1 тропический год = 12,368 26 синодических месяцев.

Другими словами, в солнечном году содержится 12 полных лунных месяцев и еще примерно одна треть. Следовательно, год в лунно-солнечном календаре может состоять из 12 или из 13 лунных месяцев. В последнем случае год называется эмболисмическим (от греческого «эмболисмос» – вставка).

Заметим, что в Древнем Риме и средневековой Европе вставку дополнительного дня или месяца было принято называть интеркаляцией (от латинского intercalatio– вставка), а сам добавленный месяц – интеркалярием.

В лунно-солнечном календаре начало каждого календарного месяца должно как можно ближе располагаться к новолунию, а средняя на протяжении цикла продолжительность календарного года должна быть близкой к продолжительности тропического года. Вставка 13-го месяца производится время от времени так, чтобы начало календарного года поддерживать по возможности ближе к какому-то моменту астрономического солнечного года, например, к равноденствию.

6.3 Солнечный календарь

В основе солнечного календаря лежит продолжительность тропического года – 365,24220 суток. Отсюда сразу видно, что календарный год может содержать либо 365 либо 366 суток. Теория должна указать порядок чередования простых (в 365 дней) и високосных (366 дней) годов в каком-то определенном цикле с тем, чтобы средняя продолжительность календарного года за цикл была по возможности ближе к продолжительности тропического года.

Таким образом, цикл состоит из четырех лет, и на протяжении этого цикла производится одна вставка. Другими словами, из каждых четырех лет три года имеют по 365 дней, четвертый 366 дней. Такая система високосов существовала в юлианском календаре. В среднем продолжительность такого календарного года на 0,0078 суток больше продолжительности тропического года, и эта разность примерно за 128 лет составляет целые сутки.

С 1582 г. страны Западной Европы, а позже и многие другие народы мира перешли на счет времени по григорианскому календарю, проект которого был разработан итальянским ученым Луиджи Лилио (1520–1576). Продолжительность календарного года здесь принята равной 365,24250 суток. В соответствии с величиной дробной части года /(= 0,2425 = 97/400 в промежутке времени в 400 лет дополнительный 366-й день в году вставляется 97 раз, т. е. по сравнению с юлианским календарем здесь трое суток в 400 лет выбрасывается.

Вторая календарная система – новоюлианский календарь, предложенный югославским астрономом Милутином Миланковичем (1879–1956). В данном случае средняя продолжительность календарного года равна 365,24222.

Вставки дополнительного 366-го дня в году здесь должны производиться 218 раз в каждые 900 лет. Это значит, что по сравнению с юлианским в календаре новоюлианском в каждые 900 лет выбрасывается 7 суток. Предложено високосными считать те вековые годы, у которых число сотен при делении на 9 дает в остатке 2 или 6. Ближайшими такими годами, начиная с 2000 г., будут еще 2400, 2900, 3300 и 3800. Средняя продолжительность новоюлианского календарного года больше продолжительности года тропического на 0,000022 средних солнечных суток. А это значит, что расхождение в целые сутки такой календарь дает лишь за 44 000 лет.

В григорианском календаре простой год также имеет 365 дней, високосный 366. Как и в юлианском календаре, високосным является каждый четвертый год – тот, порядковый номер которого в нашем летосчислении делится на 4 без остатка. При этом, однако, те вековые годы календаря, число сотен которых не делится без остатка на 4, считаются простыми (например, 1500, 1700, 1800, 1900 и т. д.). Високосными же являются столетия 1600, 2000, 2400 и т. д. Таким образом, полный цикл григорианского календаря состоит из 400 лет; кстати, первый такой цикл закончился совсем недавно–15 октября 1982 г., причем в нем содержится 303 года по 365 дней и 97 лет по 366 дней.

Ошибка этого календаря в одни сутки набегает за 3300 лет. Следовательно, по точности и четкости системы високосов (облегчающей ее запоминание) этот календарь следует признать весьма удачным.

Наиболее популярный период времени – это сутки, определяемые сменой дня и ночи. Известно, что смена эта обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Для исчисления больших промежутков времени сутки малопригодны, нужна большая единица. Таковыми стали период смены фаз Луны – месяц, и период смены сезонов – год. Месяц обусловлен вращением Луны вокруг Земли, а год – вращением Земли вокруг Солнца. Разумеется, мелкие и крупные единицы нужно было соотнести друг с другом, т.е. привести в единую систему. Такая система, а также правила ее применения для измерения большим промежутков времени, стала называться календарем.

Календарем принято называть определенную систему счета продолжительных промежутков времени с подразделениями их на отдельные более короткие периоды (годы, месяцы, недели, дни).

Потребность измерять время возникла у людей уже в глубокой древности, и определенные методы счета времени, первые календари возникли много тысячелетий назад, на заре человеческой цивилизации.

1. Арчаков И.Ю. Планеты и звезды. СПб.: Дельта, 1999.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М.:Центр, 2000.

3. Дуничев В.М. Концепции современного естествознания: Учебно-методическое пособие / Дуничев В.М.– Южно-Сахалинск: Сахалинское книжное издательство, 2000. – 124 с.

4. Климишин И.А. Календарь и хронология М: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1985 г., 320 с

5. Мур П. Астрономия с Патриком Муром/ пер. с англ. М.: ФАИР – ПРЕСС, 1999.

Все о тюнинге авто

Астрономические основы календаря. Методические рекомендации по проведению практических работ по астрономии По астрономическому календарю на дату наблюдения