Сутки на разных планетах

Здесь на Земле, мы склонны воспринимать время как должное, никогда не задумываясь, что шаг, с которым мы измеряем его, довольно относителен.

Например, то, как мы измеряем наши дни и годы, является фактическим результатом расстояния нашей планеты до Солнца, время, требующееся для совершения оборота вокруг него, и обращения вокруг собственной оси. То же самое верно для других планет в нашей Солнечной системе. В то время как мы – земляне рассчитываем день за 24 часа от рассвета до заката, длина одного дня на другой планете существенно отличается. В некоторых случаях, он очень короткий, в то время как в других, он может длиться более года.

День на Меркурии:

Меркурий является самой близкой планетой к нашему Солнцу, начиная от 46 001 200 км в перигелии (ближайшее расстояние к Солнцу) до 69 816 900 км в афелии (дальше всего). Оборот Меркурия вокруг своей оси занимает 58,646 земных суток, это означает, что день на Меркурии проходит примерно за 58 земных дня от рассвета до заката.

Однако, всего 87,969 земных дня требуется Меркурию, чтобы облететь Солнце один раз (иначе говоря, орбитальный период). Это означает, что год на Меркурии эквивалентен приблизительно 88 земным суткам, что в свою очередь означает, что один год на Меркурии длится 1,5 меркурианских дня. Более того, северные полярные области Меркурия постоянно находятся в тени.

Это происходит из-за его наклона оси – 0,034° (для сравнения у Земли 23,4°), это означает, что на Меркурии нет экстремальных сезонных изменений, когда дни и ночи могут длиться месяцами, в зависимости от сезона. На полюсах Меркурия всегда темно.

День на Венере:

Также известная как «близнец Земли», Венера – вторая самая близкая планета к нашему Солнцу – в пределах от 107 477 000 км в перигелии до 108 939 000 км в афелии. К сожалению, Венера и самая медленная планета, этот факт очевиден, если взглянуть на ее полюса. Принимая во внимание, что планеты в Солнечной системе испытала уплощение на полюсах из-за скорости вращения, Венера не пережила его.

Венера вращается со скоростью всего 6,5 км/ч (по сравнению с рациональной скоростью Земли в 1670 км/ч), которая приводит к сидерическому периоду вращения 243,025 дня. Технически это минус 243,025 дня, так как вращение Венеры ретроградное (т.е вращение в противоположную сторону ее орбитального пути вокруг Солнца).

Тем ни менее Венера все таки обращается вокруг своей оси за 243 земных дня, т.е между ее восходом и закатом проходит очень много дней. Это может казаться странным, пока Вы не знаете, что один Венерианский год длится 224,071 земных суток. Да, Венере необходимо 224 дня чтобы завершить орбитальный период, но более 243 дня, чтобы пройти от рассвета до заката.

Таким образом, один день Венеры немного больше чем Венерианский год! Хорошо, что Венера имеет другие сходства с Землёй, но это явно не суточный цикл!

День на Земле:

Когда мы думаем о дне на Земле, мы склоны думать, что это просто 24 часа. По правде говоря, сидерический период вращения Земли 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Так один день на Земле эквивалентен 0,997 земным суткам. Странно, но опять же, люди предпочитают простоту, когда дело доходит до управления временем, поэтому мы округляем.

В то же время, существуют различия в длине одного дня на планете в зависимости от сезона. Ввиду наклона земной оси, количество получаемого солнечного света в некоторых полушариях будет меняться. Наиболее яркие случаи происходят на полюсах, где день и ночь могут длиться на протяжении нескольких дней и даже месяцев, в зависимости от сезона.

На Северном и Южном полюсах в зимний период, одна ночь может длиться до шести месяцев, известна как «полярная ночь». Летом на полюсах начнется так называемый «полярный день», где солнце не заходит 24 часа. Это на самом деле не так просто, как хотелось бы представить.

День на Марсе:

Во многих отношениях Марс тоже можно назвать «близнецом Земли». Добавим к полярной ледяной шапке сезонные колебания и воду (хотя и в замороженном виде), и день на Марсе довольно близок к земному. Один оборот вокруг своей оси Марс делает за 24 часа 37 минут и 22 секунды. Это означает, что один день на Марсе эквивалентен 1,025957 земным дням.

Сезонные циклы на Марсе, похожи на наши земные, больше чем на любой другой планете, из-за его наклона оси 25,19°. В результате марсианские дни испытывают подобные изменения с Солнцем, которое рано всходит и поздно садится летом, а зимой наоборот.

Однако сезонные изменения длятся на Марсе вдвое дольше, потому что Красная планета находится на большем расстоянии от Солнца. Это приводит к тому, что Марсианский год длится вдвое дольше земного – 686,971 земных дня или 668,5991 марсианских дня или Сола.

День на Юпитере:

Учитывая тот факт, что это самая большая планета в Солнечной системе, можно было бы ожидать, что день на Юпитере будет длиться долго. Но, как оказывается, официально день на Юпитере длится всего 9 часов 55 минут и 30 секунд, что составляет меньше трети продолжительности земного дня. Это связано с тем, что газовый гигант имеет очень большую скорость вращения примерно 45300 км/ч. Такая высокая скорость вращения также одна из причин, по которой на планете такие сильные штормы.

Обратите внимание на использование слова официально. Так как Юпитер не твердое тело, его верхняя атмосфера движется со скоростью отличной от скорости на его экваторе. В основном, вращение полярной атмосферы Юпитера на 5 минут быстрее, чем у экваториальной атмосферы. Из-за этого астрономы используют три системы отсчета.

Система I применяется в широтах с 10°N до 10°S, где его период вращения составляет 9 часов 50 минут и 30 секунд. Система II применяется на всех широтах к северу и к югу от них, там период вращения равен 9 часам 55 минутам и 40,6 секундам. Система III соответствует вращению магнитосферы планеты, и этот период используется IAU и IAG, чтобы определить официальное вращение Юпитера (т.е 9 часов 44 минуты и 30 секунд)

Так что, если Вы теоретически могли бы стоять на облаках газового гиганта, вы бы наблюдали восход Солнца меньше чем раз в 10 часов в любой широте Юпитера. А за один год на Юпитере Солнце восходит примерно 10 476 раз.

День на Сатурне:

Ситуация Сатурна очень подобна Юпитеру. Несмотря на его крупный размер, у планеты есть предположительная скорость вращения 35 500 км/ч. Одно сидерическое вращение Сатурна занимает приблизительно 10 часов 33 минуты, делая один день на Сатурне меньше, чем половина земного дня.

Орбитальный период вращения Сатурна эквивалентен 10 759,22 земным суткам (или 29,45 земным годам), год длится примерно 24 491 сатурианских дней. Однако, как и у Юпитера, атмосфера Сатурна вращается с разной скоростью в зависимости от широты, что требует использование астрономами трех различных систем отсчета.

Система I охватывает экваториальные зоны Южного экваториального полюса и Северного экваториального пояса, и имеет период 10 часов 14 минут. Система II охватывает все остальные широты Сатурна, за исключением северного и южного полюсов, период вращения 10 часов 38 минут и 25,4 секунды. Система III использует радиоизлучение, чтобы измерить внутреннюю скорость вращения Сатурна, которая привела к периоду вращения 10 часов 39 минут 22,4 секунды.

Используя эти различные системы, ученые получили различные данные из Сатурна за эти годы. Например, данные, полученные в течение 1980-х миссиями Voyager 1 и 2, указали, что день на Сатурне составляет 10 часов 45 минут и 45 секунд (± 36 секунд).

В 2007 это было пересмотрено исследователями на кафедре Земли, планетарных и космических наук UCLA, что привело к текущей оценке 10 часов и 33 минуты. Во многом, как и с Юпитером, проблема точных измерений связана с тем, что разные части вращаются с разной скоростью.

День на Уране:

Когда мы подошли к Урану, вопрос о том, сколько длится день, стал сложнее. С одной стороны, планета имеет звёздный период вращения 17 часов 14 минут и 24 секунды, что является эквивалентным 0,71833 земным суткам. Таким образом, можно сказать, что день на Уране длится почти столько же, сколько день на Земле. Это было бы верно, если бы не чрезвычайный наклон оси этого газо-ледяного гиганта.

С наклоном оси 97,77° Уран, по сути, вращается вокруг Солнца на боку. Это означает, что его север или юг обращены прямо к Солнцу в разное время орбитального периода. Когда на одном полюсе лето, там будет непрерывно светить солнце в течение 42 лет. Когда тот же полюс отвернут от Солнца (то есть на Уране зима), там 42 года будет темнота.

Следовательно, можно сказать, что один день на Уране от восхода до заката длится целых 84 года! Другими словами, один день на Уране длится столько же, сколько и один год.

Кроме того, как и с другими гигантами газа/льда, Уран вращается быстрее в определенных широтах. Следовательно, в то время как вращение планеты на экваторе, приблизительно в 60° южной широты, составляет 17 часов и 14,5 минут, видимые особенности атмосферы движутся гораздо быстрее, делая полный оборот всего за 14 часов.

День на Нептуне:

Наконец, у нас есть Нептун. Здесь также измерение одного дня несколько сложнее. Например, сидерический период вращения Нептуна составляет примерно 16 часов 6 минут и 36 секунд (эквивалентно 0,6713 земным дням). Но из-за его газа/ледяного происхождения, полюса планеты сменяют друг друга быстрее, чем экватор.

Принимая во внимание, что скорость вращения магнитного поля планеты 16,1 часов, экваториальная зона вращается примерно 18 часов. Между тем полярные области вращаются в течение 12 часов. Это дифференциальное вращение ярче, чем у любой другой планеты в Солнечной системе, что приводит к сильному широтному сдвигу ветра.

Кроме того, наклон оси планеты 28.32° приводит к сезонным колебаниям, похожим на Земные и Марсианские. Длинный орбитальный период Нептуна означает, что сезон длится в течение 40 земных лет. Но т.к его осевой наклон сопоставим с Земным, изменение продолжительности его дня в течение его длительного года не так экстремально.

Как Вы видите из этого краткого изложения о различных планетах в нашей Солнечной системе, длительность дня полностью зависит от нашей системы отсчета. В дополнение к тому, варьирующийся, в зависимости от рассматриваемой планеты, сезонный цикл и откуда на планете производятся измерения.

Солнечные сутки

(1) — начальное положение тела; (2) — положение, соответствующее одному обороту вокруг собственной оси; (3) — положение по прошествии одних солнечных суток

Со́лнечные су́тки — промежуток времени, за который небесное тело совершает 1 поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца.

Более строго это промежуток времени между двумя одноимёнными (верхними или нижними) кульминациями (прохождениями через меридиан) центра Солнца в данной точке Земли (или иного небесного тела).

Солнечные сутки на Земле

Колебания продолжительности солнечных суток

Из-за эллиптичности земной орбиты линейная скорость движения и угловая скорость вращения Земли вокруг Солнца изменяется в течение года. Медленнее всего Земля движется по орбите, находясь в афелии — самой удалённой от Солнца точке орбиты, быстрее всего — находясь в перигелии. Это является существенной причиной изменения длительности солнечных суток в течение года. А наклон земной оси приводит к движению Солнца по небесной сфере вверх и вниз от экватора в течение года. При этом прямое восхождение Солнца вблизи равноденствий изменяется медленнее (так как Солнце движется под углом к экватору), чем во время солнцестояний, когда оно движется параллельно экватору.

Вклад эллиптичности орбиты в колебание длительности солнечных суток можно описать синусоидой с амплитудой +7,931 секунд в перигелии и −7,92 секунд в афелии с периодом в 1 год. Есть и другие периодические эффекты, вносящие вклад в длину солнечных суток и зависящие от времени, но они невелики (возмущения от Луны и планет и т. д.).

Колебание продолжительности солнечных суток приводит к тому, что истинное солнечное время также колеблется относительно среднего солнечного времени. А именно: в результате накопления отклонений продолжительности солнечных суток от 24 часов солнечные часы спешат или отстают в зависимости от момента отсчёта. А, именно: если начать с осени, когда амплитуда колебания проходит через значение нуль, это на 13 суток позже дня осеннего равноденствия, а затем достигает выше упомянутого максимума +7,931 секунды, это 4 января, когда Земля проходит точку перигелия, и до весны, когда амплитуда опять проходит нулевое значение, это позже дня весеннего равноденствия на также 13 суток, отставание составит с использованием интегрального исчисления S = 7,931*180*2/π = 908,82565463651 с = 15 мин. 8,825.. сек. Теперь, если полученную сумму разделим пополам, получим положительную амплитуду уравнения времени, обусловленную эллиптичностью орбиты, равную 7 минутам и 34,41 секунды (см. Истинная механика движения Земли вокруг Солнца и формула истинных солнечных суток).

Средние солнечные сутки

Чтобы не учитывать эту переменность в повседневной жизни, используют средние солнечные сутки, привязанные к так называемому среднему Солнцу — условной точке, движущейся равномерно по небесному экватору (а не по эклиптике, как реальное Солнце) и совпадающей с центром Солнца в момент весеннего равноденствия. Период обращения среднего Солнца по небесной сфере равен тропическому году.

Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды. Следует отметить, что здесь в качестве единицы измерения указана именно секунда СИ, определённая с использованием внутриатомного периодического процесса, а не средняя солнечная секунда, которая по определению равна 1/86 400 части средних солнечных суток и, следовательно, также не является постоянной.

Введение поправок

Хотя средние солнечные сутки не являются, строго говоря, неизменной единицей времени, но повседневная жизнь людей связана именно с ними. В связи с накоплением поправки к длительности суток в среднем солнечном времени по отношению к равномерному атомному времени, иногда приходится добавлять к атомной шкале UTC так называемую високосную секунду, чтобы восстановить привязку этой шкалы к солнечной шкале времени UT. Теоретически возможно и вычитание високосной секунды, так как вращение Земли в принципе не обязано постоянно замедляться.

Солнечные сутки на других планетах и спутниках

Луна

Средние солнечные сутки на Луне равны среднему синодическому месяцу (среднему промежутку между двумя одинаковыми фазами Луны, например, полнолуниями) — 29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды. Истинные солнечные сутки могут отклоняться от средних на 13 часов в обе стороны, что связано как с неравномерностью движения Земли по орбите, так и с наклоном орбиты Луны к эклиптике, с эллиптичностью её орбиты и с наклоном оси вращения Луны к плоскости орбиты (см. также Либрация).

Другие спутники планет

Как и в случае Луны, большинство спутников планет в Солнечной системе вследствие приливного резонанса имеют орбитальный период, равный периоду осевого вращения. Таким образом, для этих спутников средние солнечные сутки близки к периоду обращения вокруг планеты. Исключениями являются самые внешние спутники планет-гигантов (например, Феба), а также Гиперион, который вращается вокруг своей оси хаотически.

Планеты

На газовых гигантах, не имеющих твёрдой поверхности, солнечные сутки зависят от широты — атмосфера вращается с разными скоростями на разных широтах.

Меркурий обходит вокруг Солнца за 87,97 дня, а вокруг своей оси делает полный оборот за 58,65 дня (эти периоды относятся как 3:2). Средний промежуток времени между двумя верхними кульминациями Солнца на этой планете равен 176 дням, что равно двум её годам. Интересно, что когда он находится вблизи перигелия, Солнце для наблюдателя на поверхности планеты может в течение 8 дней двигаться в обратном направлении, поэтому, строго говоря, привязка определения солнечных суток к кульминации в этом случае не вполне корректна.

На Венере, чей сидерический период обращения вокруг своей оси равен 243 дням — больше, чем орбитальный период (224,7 дня), средние солнечные сутки равны примерно 116,7 дня (из-за вращения в обратную сторону).

На Марсе средние солнечные сутки лишь слегка больше, чем земные. Они равны 24 ч 39 мин 35,244 с.

На Юпитере сутки равны 9 часам 55 минутам 40 секундам, на Сатурне 10 часам 34 минутам 13 секундам. Сутки на Уране равны 17 часам 14 минутам 24 секундам, а на Нептуне 15 часам 57 минутам 59 секундам.

У Плутона ввиду его крайней удалённости от Солнца (и, следовательно, малости угловой орбитальной скорости) средние солнечные сутки практически равны периоду вращения: 6 дней 9 часов 17 минут 36 секунд.

Примечания

  • Звёздные сутки

Время суток

Заря • Рассвет • Восход • Утро • День • Полдень • После полудня • Вечер • Закат • Сумерки • Ночь • Полночь • После полуночи

Виды суточного времени

Солнечные сутки: 24 часа • Звёздные сутки: 23 часа 56 минут 4 секунды

Связанные статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *