Równanie czasu i prawdziwy czas słoneczny: kiedy Słońce góruje?

Trzy różne rodzaje czasu

Rozdzielmy trzy pojęcia:

• Prawdziwy miejscowy czas słoneczny opiera się na rzeczywistym położeniu Słońca. Godzina 12:00 oznacza jego górną kulminację, czyli prawdziwe południe. W Polsce Słońce stoi wtedy po stronie południowej. To czas prawidłowo zorientowanego zegara słonecznego.
• Średni miejscowy czas słoneczny jest wyidealizowaną, równomierną miarą dla danego południka. Jeden stopień ku wschodowi oznacza cztery minuty wyprzedzenia.
• Czas strefowy obowiązuje na większym obszarze. CET odpowiada średniemu czasowi południka 15°E; CEST dodaje do niego godzinę czasu letniego.

Tutaj **równanie czasu** oznacza czas prawdziwy minus średni. Wartość dodatnia znaczy, że zegar słoneczny wyprzedza średni czas miejscowy, ujemna — że pozostaje za nim. Nie wszystkie publikacje przyjmują ten sam znak; część stosuje różnicę odwrotną. Przy porównywaniu tabel trzeba sprawdzić konwencję.

Dlaczego Słońce nie wyznacza równomiernego czasu?

Gdyby Ziemia krążyła po okręgu, a jej oś była prostopadła do płaszczyzny orbity, kolejne doby słoneczne miałyby stałą długość i równanie czasu znikałoby w tym idealnym modelu. Rzeczywista Ziemia nie spełnia żadnego z tych dwóch warunków.

Eliptyczna orbita. Na początku stycznia Ziemia znajduje się bliżej Słońca i porusza po orbicie szybciej, na początku lipca wolniej. Zmienia się więc obrót konieczny do ponownego ustawienia południka w kierunku Słońca. Składnik związany z mimośrodem ma w przybliżeniu jeden cykl roczny i amplitudę około siedmiu i pół minuty. Styczniowe zbliżenie nie jest przyczyną zimy na półkuli północnej; o porach roku decyduje przede wszystkim nachylenie osi.

Nachylenie ekliptyki. Słońce przemieszcza się wzdłuż ekliptyki, nachylonej o około 23,4° do równika niebieskiego. Dla odmierzania czasu ważna jest składowa ruchu w rektascensji. Jej tempo zmienia się nawet przy równomiernym ruchu wzdłuż ekliptyki: koło równonocy droga jest skośna do równika, a przy przesileniach przebiega na innej deklinacji. Ten składnik ma dwa cykle roczne i amplitudę bliską dziesięciu minut.

Suma obu fal daje charakterystyczny roczny przebieg z dwoma minimami i dwoma maksimami. To nie błąd zegara słonecznego, lecz skutek geometrii i ruchu orbitalnego.

Roczny przebieg równania czasu

Przy przyjętym znaku orientacyjne punkty wyglądają tak:

• około 11 lutego: główne minimum, mniej więcej −14 minut; prawdziwe południe wypada później względem średniego;
• około 15 kwietnia: przejście przez zero;
• około 14 maja: mniejsze maksimum, blisko +4 minut;
• około 13 czerwca: kolejne zero;
• około 26 lipca: mniejsze minimum, nieco ponad −6 minut;
• około 1 września: zero;
• około 3 listopada: główne maksimum, ponad +16 minut; prawdziwe południe wypada wcześniej;
• około 25 grudnia: czwarte zero.

Daty te są przybliżone i nieco zmieniają się między latami. W długich skalach zmieniają się także parametry orbity i nachylenie ekliptyki. Do planowania konkretnego dnia wykorzystaj obliczoną wartość, a nie zaokrąglony kalendarz powyżej.

Co to oznacza dla południa w Polsce?

Na godzinę górowania składają się dwie niezależne poprawki, a w czasie letnim dodatkowo przesunięcie urzędowego zegara.

Położenie względem południka strefowego. CET odnosi się do 15°E. Miejsce na wschód od tego południka osiąga średnie południe słoneczne wcześniej niż 12:00 CET, na zachód później. Rzeszów leży dalej na wschód niż Wrocław, więc składnik długości geograficznej przesuwa tam południe ku wcześniejszej godzinie. W przeciwieństwie do godziny wschodu ten związek południa nie wymaga przypisania różnicy szerokościom geograficznym. Jeden stopień długości nadal odpowiada czterem minutom.

Równanie czasu. Nakłada się na tę stałą miejscową poprawkę i w ciągu roku przesuwa moment górowania wcześniej lub później. Na początku listopada prawdziwe południe wypada relatywnie wcześnie, w połowie lutego późno. Różnica między skrajnymi porami przekracza pół godziny, choć miejscowość i jej południk się nie zmieniają.

Czas letni. CEST dodaje godzinę do CET. Samo Słońce nie wykonuje żadnego skoku przy zmianie wskazań zegara. Dlatego „południe” rozumiane jako 12:00 urzędowe i południe rozumiane jako kulminacja są odrębnymi pojęciami.

Gdzie spotkasz równanie czasu?

Na zegarze słonecznym. Pokazuje on czas prawdziwy. Do porównania z zegarkiem potrzebujesz długości geograficznej, równania czasu i ewentualnego przesunięcia letniego. Historyczne zegary często mają tabelę poprawek albo ósemkę przy linii południowej.

Przy nierównych przesunięciach wschodu i zachodu. W grudniu prawdziwe południe przesuwa się względem zegara, podczas gdy długość dnia w okolicy przesilenia zmienia się powoli. Najwcześniejszy zachód i najpóźniejszy wschód nie wypadają więc w tym samym dniu co najkrótszy dzień. Lokalne terminy zależą od szerokości i roku.

W historii pomiaru czasu. Dawniej miasta mogły posługiwać się własnym czasem miejscowym. Rozwój kolei i łączności wymagał wspólnych rozkładów i sprzyjał ujednoliceniu godzin. Ta zmiana organizacyjna nie zmieniła równania czasu: wynika ono z astronomii, a nie z granic stref. Współczesny zegar i dawny zegar słoneczny realizują po prostu różne definicje czasu.