Jak může den trvat přesně 24 hodin? [uzavřeno]

Nelze vypočítat délku průměrného slunečního dne pouhým průměrem nejkratší & nejdelší zdánlivé sluneční dny. To by fungovalo, kdyby se délky zdánlivých dnů lišily jednoduchým lineárním způsobem, ale není tomu tak.

Z článku Wikipedie o Rovnice času ,

Rovnice času popisuje rozpor mezi dvěma druhy slunečního času. [.. .] Dvakrát se liší zdánlivý sluneční čas, který přímo sleduje denní pohyb Slunce, a střední sluneční čas, který sleduje teoretický průměr Slunce s rovnoměrným pohybem.

Tento graf ukazuje kumulativní rozdíly mezi průměrným & zdánlivým slunečním časem:

Časová rovnice – nad osou se sluneční hodiny budou zobrazovat rychle vzhledem k hodinám zobrazujícím místní střední čas a pod osou se sluneční hodiny budou jevit jako pomalé.

Chcete-li správně vypočítat průměrnou délku slunečního dne, musíte integrovat zjevné délky dne po celý rok . (A musíte se přesně rozhodnout, jak definovat délku roku, což je sám o sobě celý komplikovaný příběh.)

Existují dvě hlavní příčiny rovnice času.
1. Šikmost roviny oběžné dráhy Země (ekliptická rovina), která je nakloněna přibližně o 23 ° vzhledem k rovníková rovina. Tento sklon je také zodpovědný za roční období.
2. Excentricita oběžné dráhy Země, která způsobí, že se orbitální rychlost Země v průběhu roku mění. Následující graf ukazuje, jak tyto dvě složky kombinují a vytvářejí rovnici času.

Časová rovnice (červená plná čára) a její dvě hlavní složky vynesené samostatně, část kvůli šikmosti ekliptiky (lichá přerušovaná čára ) a část způsobená proměnnou zdánlivou rychlostí Slunce podél ekliptiky kvůli výstřednost oběžné dráhy Země (tmavě modrá pomlčka & tečkovaná čára)

Viz propojená Wikipedie článek pro další podrobnosti.

Komentáře

• A pak občas potřebujeme přestupné sekundy .
• @ Draco18s opravdu! Přesné měření času je složitá & jemná práce. Viz leapsecond.com , na který jsem také odkazoval ve svém komentáři k otázce.
• It ' stojí za zmínku, že pokud jde o skutečnou délku dne (nad nebo pod 24 hodin), fialová čára v tomto diagramu přináší podstatně větší příspěvek než tmavá čára – více, než by tento diagram naznačoval. Důvodem je to, že délka dne je účinně časovou derivací časové rovnice; a fialová čára je poněkud strmější než tmavá čára (stejně jako má o něco větší amplitudu).
• @DawoodibnKareem – ' nevolám ~ 20 % menší výrazně méně.Říkal bych jim téměř stejnou velikost. Co ' je důležitější, je fázový rozdíl. Přispěvatelé těchto dvou křivek mají blíže k tomu, aby byli ve fázi začátkem listopadu než na konci února.
• @DavidHammen Nepochopili jste můj komentář. To ' není velikost, která ovlivňuje délku dne, je to ' svah. Fialová čára má poloviční dobu než tmavá čára, takže pokud byste chtěli vykreslit její sklon, zjistíte, že ' d více než zdvojnásobí příspěvek, který přináší tmavá čára.

Průměrná hodnota distribuce není průměrem jejího minima a maxima. Například průměrná hodnota (0,0,0,4) je 1, ne 2. Excentricita oběžné dráhy Země není 0, ani Měsíc, takže vaše rozložení doby trvání dne je pravděpodobně mírně asymetrické, proto nesrovnalost 4 sekundy. Součet celodenní délky roku vydělením počtu dní získáte lepší hodnotu.

The původní definice hodiny byla 1/24 dne, bez ohledu na to, jak dlouhý byl den v té době. Doby, které citujete, jsou možné pouze pomocí extrémně moderních definic, které jsou možné předefinováním sekundy (udržování minut a hodin na 60 sekundách, respektive 3600 sekundách).

Komentáře

• Nesouhlasím ', ale máte 1) datum, kdy se to stalo oficiální definicí hodiny, a 2 ) když bylo konvenčně určeno použít 1/24 a ne 1/10 nebo 1/20 dne? Přečetl jsem ' zdroje bez dokladů, které zmiňují rozdělení denního světla na desetiny historicky před dvanáctinami.
• Další podrobnosti v en.wikipedia.org/wiki/Hour
• Průměrný sluneční den je 86400,0025 sekund , takže i když má důvod v této odpovědi nějaký účinek, představuje pouze 2,5 ms ze 4sekundového rozdílu v otázce.

Definice 24 hodin (přesně) střední sluneční den platí pouze v případě, že používáte časovou stupnici UT1. Jak již zmínili jiní, průměrný sluneční den není průměrem nejkratšího a nejdelšího zjevného slunečního dne, a pro výpočet průměrného slunečního dne zprůměrováním všech zjevných slunečních dnů v jednom roce musíte vzít v úvahu rovnici času.

Pokud použijete definici sekundy založené na metrickém systému, kterou používají časové stupnice atomového času (TAI), UTC a pozemského času (TT), bude délka středního slunečního dne není přesně 24 hodin. Definice sekundy SI, kromě toho, že je to atomová stupnice, je založena na průměrném slunečním dni v roce 1900, jak jej určil Newcomb (ve skutečnosti odpovídá střednímu slunečnímu dni asi v polovině 19. století), kdy rotace Země byl rychlejší než dnes. Dnes je průměrný sluneční den o něco delší než v minulosti (měřeno atomovými hodinami) a délka středního slunečního dne v sekundách TAI je větší než v UT1. Chcete-li rozdíl opravit, skočte sekundy se zavádějí 0–2krát ročně v časové stupnici UTC na základě pozorování rotace Země, aby se UTC synchronizoval s UT1 na méně než 0,9 s. Tyto opravy předem zveřejňuje IERS ve Věstníku C. Za posledních 46 let bylo vloženo 27 přestupných sekund, což se rovná rozdílu přibližně 0,6 s za rok mezi délkou průměrného slunečního dne mezi TAI a UT1, nebo přibližně 1,6 ms za den (viz obrázek 1 a 2).

Délka sekundy SI závisí na umístění a TAI je založeno na pozorováních prováděných atomovými hodinami v různých laboratořích po celém světě („UTC (k ) „) a opraveno o geopotenciál na hladině moře. TT je teoretická délka SI sekundy na geoidu a jako taková není nikdy známa dokonale. Aproximace minulého TT je každoročně revidována BIPM. Naproti tomu jsou TAI a UTC stanoveny a udržovány fixní přibližně po 1 měsíci od zveřejnění faktu (pravidelně publikováno v Circular-T od BIPM). Laboratorně specifické časové stupnice UTC (k) a čas GPS (na základě hlavních hodin US Naval Observatory) jsou známy v reálném čase. Mezi další časové stupnice patří geocentrický čas, barycentrický čas a čas efemeridy. Délka 1 s je u všech mírně odlišná, některé rozdíly jsou způsobeny časem plynoucím odlišně na základě umístění v gravitačním potenciálu. Například čas ve sluneční soustavě plyne rychleji než na povrchu Země přibližně o 0,5 sekundy ročně.

Historicky byl čas měřený rotací Země nejpřesnější a střední sluneční den byl považován za konstantní rovný 86400 s. To se změnilo se zavedením efemeridového času, později nahrazeného křemennými hodinami a atomovými hodinami, které vedly k nové definici druhého.Jak se rotace Země zpomaluje, budou se dále odchýlit.

Reference:

• Urban and Seidelmann (2012): Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac
• McCarthy and Seidelmann (2018): Time: From Earth Rotation to Atomic Physics
• BIPM time publikace: https://www.bipm.org/en/bipm/tai/publications.html
• Bulletiny IERS: https://www.iers.org/IERS/EN/Publications/Bulletins/bulletins.html
• USNO – Rovnice času: https://aa.usno.navy.mil/faq/docs/eqtime.php

Obrázek 1. Překročení 8 6400 s trvání dnů, kombinované řešení GPS, 1995-1997 . Z https://www.iers.org/IERS/EN/Science/EarthRotation/LODgps.html

Obrázek 2. TAI-UT1 a TAI-UTC. Od McCarthyho a Seidelmanna (2018).

Komentáře

• Děkujeme za zmínku Terrestrial Time atd. Nechtěl jsem ' v odpovědi odpovědět na časové měřítko králičí nory (i když jsem v několika komentářích uvedl odkaz na články o těchto tématech) ), ale myslím, že je ' dobré dát lidem krátký pohled na tento materiál. 😉
• Přestupné sekundy nemají absolutně nic společného s chybou OP ' 4 sekundy při pokusu o výpočet délky středního slunečního dne . Informace v této odpovědi jsou pravdivé, ale všechny s touto otázkou zcela nesouvisí.
• @DawoodibnKareem, myslím, že to souvisí, protože odpověď na otázku, jak dlouhý je průměrný sluneční den, není " 24 hodin 0 minut 0 sekund přesně " – ne při použití konvenční definice 1 s. Ostatní odpovědi to nevysvětlují (ale odpovídají hlavnímu bodu, kterým je špatné průměrování).