Астрономические основы календаря

Содержание

 

Введение 3

1. Смена времен года 4

2. Астрономические основы  календаря 7

Заключение 11

Библиографический список 12

 

Введение

 

Привычные каждому из нас слова «секунды» и «минуты», «часы» и «дни», «месяцы» и «годы» — это как бы отражение безостановочного течения времени. Действительно, весь жизненный путь человека — детство и юность, годы зрелости, наконец, старость — проходят во времени. Проблема времени и пространства занимала пытливую человеческую мысль не одно тысячелетие. Люди издавна воспринимали течение времени, наблюдая постоянную смену дня и ночи и ряд других систематически повторяющихся явлений природы, но измерять время они научились значительно позднее. Теперь из всех известных приборов самыми распространенными являются часы, которыми мы постоянно пользуемся, и не только в быту, но и в пауке и технике; без них невозможно представить жизнь.

Время и его измерение  тесно связаны с движением  нашей планеты Земля и небесных тел. Поэтому счисление времени, несомненно, возникло на основе наблюдения человеком периодических явлений окружающего его мира еще в глубокой древности и задолго до появления письменности, хотя о природе времени в ту эпоху, конечно, никто ничего определенного сказать не мог. Именно поэтому греческий философ Аристотель (384–322 гг. до и. э.) писал: «…среди неизвестного в окружающей нас природе самым неизвестным является время, ибо никто не знает, что такое время и как им управлять».

При установлении эталона  для измерения времени возникают  значительные трудности в силу того, что основные единицы времени — месяц и год — несоизмеримы между собой.

Счисление времени явилось  одной из первых научно-технических  задач древних народов. Необходимость  находить путь в незнакомой местности (пустыне, море), рассчитывать наступление  периода дождей или холодов привели к развитию астрономических наблюдений и установлению связи явлений природы (разливов рек, созревания плодов и т. д.) с определенными астрономическими признаками (полуденной высотой Солнца, появлением на небе определенных ярких звезд и другими).

 

1. Смена времен года

 

Времена года — четыре периода, на которые условно поделён  годовой цикл.

Различают:

Календарные времена  года — в большинстве стран  мира принято деление года на четыре сезона, по три календарных месяца в каждом.

Астрономические времена года, которые отсчитываются от точек солнцестояния (лето, зима) и равноденствия (весна, осень).

Фенология определяет длительность и сроки начала каждого климатического времени года в соответствии с  природными явлениями (используя понятие  сезон). Каждый сезон отличается характерными для него погодными и температурными условиями.

Смена времён года обусловливается  годичным периодом обращения планеты  вокруг Солнца и наклоном оси вращения Земли относительно орбитальной  плоскости и, в небольшой степени, эллиптичностью орбиты.

Астрономический механизм смены времён года. Основной причиной смены времён года является наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики. Без наклона оси продолжительность дня и ночи в любом месте Земли была бы одинакова, и днем солнце поднималось бы над горизонтом на одну и ту же высоту в течение всего года.

В наше время ось планеты образует с орбитальной плоскостью угол 66,56°.

Астрономически времена года разделены  моментами летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия.

В период между мартовским и сентябрьским равноденствиями (от 20 (21) марта до 22 (23) сентября) из-за наклона земной оси  Северное полушарие обращено к Солнцу бо́льшую часть суток, поэтому северные широты получают больше тепла и света, чем южные. Летом дни становятся длиннее, а положение солнца — выше, чем в Южном полушарии, где в это время зима. Спустя полгода Земля переходит на противоположную точку своей орбиты. Наклон оси остаётся таким же, однако теперь Южное полушарие оказывается обращённым к Солнцу большую часть суток, там дни дольше, больше и тепла и света. В Северном полушарии в это время зима.

Из-за эллиптической формы земной орбиты времена года имеют разную продолжительность. Так, в Северном полушарии лето продолжается приблизительно 93,6 суток, осень — 89,8, зима — 89,0, весна — 92,8. В Южном полушарии — соответственно 89,0, 92,8, 93,6 и 89,8 суток.

Климатическая смена времён года. По количеству поступающей на землю от Солнца энергии равноденствия и солнцестояния должны быть серединой соответствующих сезонов. Но задержка в изменении температуры (вызванная физическими свойствами воды и земли) задерживает климатические сезоны относительно астрономических. Температурная задержка изменяется в зависимости от климатической зоны и других особенностей конкретного места. Поэтому, например, в одних культурах осеннее равноденствие расценивается как середина осени, а в других — как начало осени.

В экваториальном поясе зима и лето являются дождливыми сезонами, в то время как весна и осень отличаются относительной засушливостью.

В тропическом поясе холодным временем года является сезон дождей, жарким — засушливый сезон. Однако в пустынях дожди могут не выпадать и в  холодное время года.

В умеренном поясе в зоне океанического климата (Западная Европа, атлантическое побережье Северной Америки) основная часть осадков приходится на осень и первую половину зимы. В холодное время в части пояса устанавливается снежный покров. Весна и лето приносят эпизодические дожди вместе с циклонами. В зоне умеренно-континентального и континентального климата (Восточная Европа, Южная Сибирь) осень и зима значительно суше, и самыми влажными оказываются летние месяцы. В зоне мусонного климата (Дальний Восток) осадки выпадают почти исключительно летом в виде интенсивных ливней, зима сухая и бесснежная.

В арктическом и антарктическом поясах смена времён года выражается в первую очередь в смене полярного  дня и полярной ночи. Из-за продолжающегося  ледникового периода сезонные колебания  уровня осадков невелики, а температуры остаются ниже нуля.

 

2. 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:

Для   0  года  н. э.	365,242316 суток
»      1900     »    »  »	365,242199    »
»      4000     »    »  »	365,242070    »

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.

 

Заключение

 

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.

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.