Уравнение времени и истинное солнечное время: когда наступает настоящий полдень?

Три понятия времени

Истинное местное солнечное время определяется реальным направлением Солнца. В 12:00 оно проходит верхний меридиан — это истинный полдень. В Москве и на широтах Ольхона Солнце в этот момент на юге. В другой географической области направление может отличаться, но определение полудня сохраняется.

Среднее местное солнечное время — равномерная идеализированная шкала для данного меридиана. Один градус к востоку соответствует четырём минутам опережения.

Поясное гражданское время принято для большой территории и не равно местному времени каждого пункта. Смещение зоны относительно опорной шкалы и правила на выбранную дату определяют запись часов. Часовой пояс не обязан проходить ровными границами по меридианам; его политическая организация отдельна от геометрии Солнца.

Здесь уравнение времени определено как истинное минус среднее. Положительное значение означает, что солнечные часы идут впереди среднего времени, отрицательное — позади. Некоторые издания используют противоположный знак, поэтому сравнивать цифры без проверки определения нельзя.

Почему движение неравномерно

В идеальной модели с круговой орбитой и осью, перпендикулярной её плоскости, уравнение времени было бы нулевым. Реальная Земля отличается двумя особенностями.

Эллиптическая орбита. В начале января Земля близ перигелия и движется быстрее, в начале июля близ афелия и медленнее. Поэтому меняется дополнительный угол оборота, необходимый для возвращения Солнца к меридиану. Орбитальная составляющая имеет один основной годовой цикл с амплитудой около семи с половиной минут. Январское сближение не создаёт северное лето: сезоны прежде всего определяет осевой наклон.

Наклон эклиптики. Солнце идёт вдоль эклиптики, наклонённой к небесному экватору примерно на 23,4°. Для часов важна составляющая по прямому восхождению. Даже равномерное движение вдоль эклиптики даёт неравномерную экваториальную проекцию. Около равноденствий путь косой, около солнцестояний иначе устроены направление и склонение. Эта составляющая имеет два годовых цикла и амплитуду около десяти минут.

Сумма даёт характерную кривую с двумя максимумами и минимумами. Это не неисправность солнечных часов, а закономерность орбитальной геометрии.

Годовой ход

При указанном знаке ориентиры таковы:

• около 11 февраля: главное минимальное значение, примерно −14 минут, истинный полдень относительно среднего поздний;
• около 15 апреля: ноль;
• около 14 мая: небольшой максимум, почти +4 минуты;
• около 13 июня: ноль;
• около 26 июля: небольшой минимум, немного более −6 минут;
• около 1 сентября: ноль;
• около 3 ноября: основной максимум, более +16 минут, истинный полдень ранний;
• около 25 декабря: ноль.

Это приближённые даты, слегка меняющиеся между годами. В долгой перспективе меняются и параметры орбиты с наклоном. Для конкретного наблюдения берите рассчитанное значение, а не округлённую памятку.

Что это означает для вашего полудня

Сначала учитывают положение меридиана относительно принятого времени, затем уравнение времени. При общей временной шкале восточный пункт достигает среднего солнечного полудня раньше западного: четыре минуты на градус. Но при сравнении местных часов Москвы и Байкала необходимо отдельно учесть их зоны; разница показаний не является чистым эффектом долготы.

К постоянной для выбранного меридиана геометрической поправке добавляется годовая. В начале ноября Солнце кульминирует относительно среднего времени раньше, в феврале позже. Между крайними положениями более получаса, хотя местоположение не меняется.

Если в выбранной зоне и дате действует сезонный сдвиг часов, он учитывается отдельно. Здесь нет предположения, что одни современные правила одинаковы для каждого русскоязычного пользователя. Смена гражданского отсчёта не перемещает Солнце скачком по небу.

Где это встречается

Солнечные часы. Чтобы сравнить их с наручными, нужны долгота, уравнение времени и принятый гражданский сдвиг. У исторических приборов нередко есть таблица или восьмёрка около полуденной линии. Важно знать, какую шкалу и местность представляет разметка.

Разные даты крайних восходов и заходов. При медленной перемене дневной дуги около декабрьского солнцестояния полдень всё ещё смещается. Поэтому ранний заход и поздний восход обычно находятся по разные стороны самого короткого дня. Их конкретные даты зависят от широты и года.

История единого времени. До распространения общих расписаний города могли жить по местному времени. Железные дороги и связь потребовали согласования часов на больших расстояниях. Уравнение времени при этом не изменилось: изменились общественные правила записи, а не орбита Земли.