Текст книги "Время и календарь"

Автор книги: Леонид Хренов

Соавторы: Иосиф Голуб
сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 7 страниц)

Леонид Хренов, Иосиф Голуб
ВРЕМЯ И КАЛЕНДАРЬ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Время … Вся жизнь и деятельность людей проходят во времени. Наблюдая смену дня и ночи, они издавна воспринимали течение времени, хотя измерять его научились значительно позднее.

Меры для измерения времени взяты у самой природы; более короткие тесно связаны с вращением Земли вокруг своей оси, а длительные – с движением Луны и нашей планеты по орбите вокруг Солнца. Эти меры нельзя изменить: они как бы «обязательны» для всех стран и народов.

При установлении эталонов для измерения времени возникали значительные трудности. Мерами времени служат естественные единицы, взятые человеком из окружающего его мира. Это сутки, месяц и год, и очень существенно, что они несоизмеримы.

Единицы же для измерения отрезков времени, меньших суток, – час, минута, секунда и ее доли – созданы самим человеком. Со временем он научился не только измерять эти условные единицы времени, но и хранить их. Для измерения более длительных промежутков времени человек научился использовать периодические природные явления. Систему счета значительных промежутков времени, основанную на периодических явлениях окружающего мира, принято называть календарем. Именно календарь позволяет устанавливать определенный порядок счета дней в году; он неотделим от человеческой культуры.

Календарь, которым мы постоянно пользуемся в настоящее время, появился не сразу; он имеет свою давнюю, весьма сложную историю, которая еще не завершена и до сих пор, так как современный календарь нельзя назвать совершенным.

Все это нашло отражение в книге. Основным ее содержанием являются вопросы, связанные с установлением эталонов, единиц и средств для измерения малых и значительных промежутков времени и описанием календарей, позволяющих определять месяц и день недели, чем мы пользуемся в повседневной жизни. Приведены также сведения о постоянных календарях, которые помогают определить день недели по любой дате старого и нового стиля.

Каждому из рассмотренных здесь вопросов предшествует изложение сведений из астрономии, лежащих в основе установления тех или иных единиц и правил исчисления времени.

§ 24, § 25 и приложения написаны И. Я. Голубом, § 23 – совместно, все остальное – Л. С. Хреновым.

Популярное изложение рассмотренных в брошюре вопросов позволяет рассчитывать на доступность ее самому широкому кругу читателей.

Авторы с большой признательностью отмечают труд рецензента И. А. Климишина и тщательное редактирование рукописи Г. С. Куликовым, что значительно улучшило содержание книги. С большой благодарностью авторы примут критические замечания читателей.

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.

Наряду с пространством время является одной из основных форм существования материи, а «в мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени», – писал В. И. Ленин. [1]1
  Ленин В. И. Полн. собр. соч. – Т. 18.– С. 181.


[Закрыть]

Материалистическое понимание времени сложилось исторически, в борьбе против идеалистической философии. Марксистская материалистическая философия рассматривает материю как неиссякаемый источник всех изменений во Вселенной, а время и пространство – как объективные, не зависящие от ощущений, сознания и мысли человека формы существования вечной материи. Понятие о времени неотделимо от понятия движения, движение неразрывно связано с материей, а движущаяся материя неотделимо связана с понятием о пространстве и времени.

«Основные формы всякого бытия суть пространство и время; бытие вне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как бытие вне пространства», – так писал Ф. Энгельс в своем философском трактате «Анти-Дюринг». [2]2
  Энгельс Ф. Анти-Дюринг. – М.: Госполитиздат, 1948.– С. 49.


[Закрыть]

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).

Ф. Энгельс указывал, что уже с самого начала возникновение и развитие наук было обусловлено производством, потребностью общественной практики. Это в полной мере относится и к астрономии. К. Маркс писал: «Необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала египетскую астрономию, а вместе с тем господство касты жрецов как руководителей земледелия. «Солнцестояние есть тот момент в году, когда вода Нила начинает прибывать, и египтяне должны были наблюдать его с особым вниманием… Им важно было определить этот период года, чтобы регулировать свои сельскохозяйственные работы. Они должны были поэтому искать на небе знак, указывающий на его возвращение». [3]3
  Маркс К., Энгельс Ф. Соч. – 2-е изд. – Т. 23. – С. 522; подстрочн. примеч. 5.


[Закрыть]

Как уже было сказано в предисловии, систему счета больших промежутков времени, т. е. счета годов, месяцев и дней, называют календарем. Однако сочетать упомянутые естественные единицы времени в календаре, т. е. создать на их основе систему счета длительных промежутков времени было довольно трудно, и поэтому современный календарь возник не сразу. Поскольку ни лунный месяц, ни солнечный год не содержат целого числа суток, т. е. они несоизмеримы между собой, пришлось ввести условный календарный год с целым числом суток и такой же условный календарный месяц.

Первоначально в ряде стран счет времени в исчислении суток начинался от восхода и кончался на заходе Солнца, а каждый день делился на четыре части (в Египте, а затем и в Вавилоне) или на шесть частей (в Китае). Современное деление суток появилось позднее, когда стали применять двенадцатеричную систему счисления, т. е. когда год и сутки делились уже на 12 частей.

С течением времени возникла необходимость разделения суток на более мелкие части и более точное их определение, что вызвало появление часов. На создание часов в современном их понимании было затрачено огромное количество энергии, знаний, остроумия и искусства. Ф. Энгельс писал: «…более высокое развитие промышленного производства и торговли… доставили… механические часы, явившиеся крупным шагом вперед как во времяисчислении, так и в механике». [4]4
  Энгельс Ф. Диалектика природы. – М.: 1975. – С. 163.


[Закрыть]

Для современной науки характерно постепенное проникновение как в процессы микромира, длящиеся миллионные доли секунды, так и в макропроцессы, продолжительность которых составляет миллионы и миллиарды лет. История развития измерения времени и календаря еще раз подтверждает положение диалектического материализма: «Человеческие представления о пространстве и времени относительны, но из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаются к ней». [5]5
  Ленин В. И. Полн. собр. соч. —Т. 18. – С. 181.


[Закрыть]

Для измерения времени может служить любое явление природы, если оно равномерно периодически повторяется. Первым эталоном послужило извечное вращение нашей планеты вокруг своей оси, которое постоянно приводит к смене дня и ночи; это последнее особенно важно для повседневной жизни людей. Длительные же промежутки времени – смена времен года и смена фаз Луны – согласуются с движением Земли по орбите вокруг Солнца и Луны вокруг Земли.

До недавнего времени вращение Земли вокруг оси считалось абсолютно равномерным, несмотря на то, что известный немецкий философ Иммануил Кант (1724–1804) еще в 1755 г. обращал внимание па замедление вращения Земли вокруг своей оси, вызываемое, по его мнению, ежесуточными морскими приливами, действующими в противоположном вращению направлении, что должно приводить к увеличению продолжительности суток. В последующем была обнаружена сезонная неравномерность, зависящая от метеорологических факторов, от изменения солнечной активности, от приливов и отливов, связанных с лунными фазами, при которых скорость вращения Земли замедляется. Наконец, некоторые ученые высказывают предположение, что неравномерность в скорости вращения Земли вызывается перераспределением масс внутри нашей планеты.

Долголетними же астрономическими наблюдениями обнаружена незначительная неравномерность вращения Земли вокруг своей оси, наблюдаемая через неодинаковые промежутки времени, что сказывается на продолжительности суток как в сторону их увеличения, так и уменьшения. В последние годы установлено, что эта неравномерность вращения Земли в течение года приводит к отклонению продолжительности суток от их среднегодового значения примерно на 0,001 с. [6]6
  Земля в годичном периоде быстрее вращается в июне—сентябре, а в остальные месяцы года медленнее, что может быть подтверждено, например, с помощью кварцевых часов (см. с. 50).


[Закрыть]

Из-за незначительности изменений скорости вращения Земли можно считать его практически равномерным. Тем самым вращение Земли вокруг своей оси служит удобным и достаточно надежным эталоном для определения и измерения времени.

Глава 1
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ АСТРОНОМИИ

§ 1. Вращение Земли вокруг своей оси и движение ее вокруг Солнца. Смена времен года

В очень древние времена люди не имели правильного представления о форме и размерах нашей планеты и о том, какое место она занимает в пространстве. Теперь мы знаем, что физическая поверхность Земли, представляющая сочетание суши и водных пространств, в геометрическом отношении имеет весьма сложную форму; ее нельзя представить ни одной из известных и математически изученных геометрических фигур. На поверхности Земли моря и океаны занимают около 71 %, а суша – около 29 %; самые же высокие горы и самые большие глубины океанов по сравнению с размерами всей Земли ничтожно малы. Так, например, на глобусе диаметром 60 см гора Эверест высотой приблизительно 8840 м изобразится всего лишь крупинкой в 0,25 мм. Поэтому за общую – теоретическую – форму Земли принимают тело, ограниченное поверхностью океанов, находящейся в спокойном состоянии, мысленно продолженной под всеми материками. Эта поверхность называется геоидом (гео – по-гречески «земля»). В первом же приближении фигуру Земли считают эллипсоидом вращения (сфероидом) – поверхностью, образованной в результате вращения эллипса вокруг своей оси.

Размеры земного сфероида определялись неоднократно, но наиболее фундаментальные из них были установлены в 1940 г. в СССР Ф. Н. Красовским (1873–1948) и А. А. Изотовым (1907–1988): по их определениям малая ось земного сфероида, совпадающая с осью вращения Земли, b = 6356,86 км, а большая полуось, перпендикулярная малой оси и лежащая в плоскости земного экватора, a = 6378,24 км.

Отношение α = (a – b)/a, называемое сжатием земного сфероида, равно 1/298,3.

В 1964 г. решением Международного астрономического союза (MAC) для земного сфероида принято a = 6378,16 км, b = 6356,78 км и α = 1:298,25, что весьма близко к результатам, полученным советскими учеными в 1940 г. и принятыми постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. за основные для всех астрономо-геодезических и картографических работ, выполняемых в нашей стране.

Находясь в любой точке земной поверхности, мы довольно скоро обнаруживаем, что все видимое на небосводе (Солнце, Луна, звезды, планеты) вращается вокруг нас как одно целое. На самом деле это явление кажущееся, оно является следствием вращения Земли вокруг своей оси с запада на восток, т. е. в направлении, противоположном кажущемуся суточному вращению небесного свода [7]7
  Конечно, никакого небосвода на самом деле не существует, а его дневной голубой цвет обусловлен рассеянием солнечных лучей в атмосфере Земли.


[Закрыть] вокруг оси мира, представляющей прямую, параллельную оси вращения Земли, концами которой являются северный и южный полюсы нашей планеты. Вращение Земли вокруг своей оси можно доказать разными способами. Но теперь его можно непосредственно наблюдать с помощью космических аппаратов.

В древние времена люди полагали, что Солнце, перемещаясь относительно звезд, обходит нашу планету по кругу в течение одного года, Земля же будто бы неподвижна и находится в центре Вселенной. Такого представления о мироздании придерживались и древние астрономы. Оно нашло отражение в знаменитом сочинении древнегреческого астронома Клавдия Птолемея (II в.), написанном в середине II в. и известном под искаженным названием «Альмагест» [8]8
  В «Альмагесте» кроме описания мироздания содержится один из первых дошедших до нас звездных каталогов – список 1023 ярчайших звезд.


[Закрыть]. Такая система мира получила название геоцентрической (от того же слова «гео»).

Новый этап в развитии астрономии начинается с опубликования в 1543 г. книги Николая Коперника (1473–1543) «О вращении небесных сфер», в которой изложена гелиоцентрическая (гелиос – «солнце») система мира, отражающая действительное строение Солнечной системы. Согласно теории Н. Коперника центром мира является Солнце, вокруг которого движутся шарообразная Земля и все подобные ей планеты и притом в одном направлении, вращаясь каждая относительно одного из своих диаметров, и что только Луна вращается вокруг Земли, являясь его постоянным спутником, и вместе с последней движется вокруг Солнца, при этом примерно в одной и той же плоскости.

Рис. 1. Видимое движение Солнца

Для определения положения тех или иных светил на небесной сфере необходимо иметь «опорные» точки и линии. И здесь прежде всего используется отвесная линия, направление которой совпадает с направлением силы тяжести. Продолженная вверх и вниз эта линия пересекает небесную сферу в точках Z и Z' (рис. 1), называемых соответственно зенитом и надиром.

Большой круг [9]9
  В астрономии по традиции большим кругом называют фактически окружность, плоскость которой проходит через центр небесной сферы.


[Закрыть] небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна линии ZZ', называется математическим или истинным горизонтом [10]10
  Он отличается от видимого горизонта на земной поверхности, за который наблюдатель принимает линию пересечения небесного свода с ровной поверхностью Земли.


[Закрыть]. Ось РР', вокруг которой вращается в своем видимом движении небесная сфера (это ее вращение является отражением вращения Земли), и называется осью мира: она пересекает поверхность небесной сферы в двух точках – северном Р и южном Р' полюсах мира.

Большой круг небесной сферы QLQ'F, плоскость которого перпендикулярна оси мира РР', является небесным экватором; он делит небесную сферу на северное и южное полушария.

Рис. 2. Движение Земли вокруг Солнца (66,5°– наклон оси Земли, 23,5° – наклон экватора к эклиптике)

Вращающаяся вокруг своей оси Земля движется вокруг Солнца по пути, лежащему в плоскости земной орбиты VLWF. Ее историческое название – плоскость эклиптики. По эклиптике происходит видимое годичное движение Солнца. К плоскости небесного экватора эклиптика наклонена под углом 23°27′ ≈ 23,5°; она пересекает его в двух точках: в точке весеннего (Т) и точке осеннего (^) равноденствий. В этих точках Солнце в своем видимом движении переходит соответственно из южного небесного полушария в северное (20 или 21 марта) и из северного полушария в южное (22 или 23 сентября).

Только в дни равноденствий (два раза в году) лучи Солнца падают на Землю под прямым углом к оси ее вращения и поэтому только два раза в году день и ночь длятся по 12 часов (равноденствие), а все остальное время года или день короче ночи или наоборот [11]11
  В каждом году самый короткий световой день и самая длинная ночь бывают 22 или 23 декабря (день зимнего солнцестояния). С этого времени световой день постепенно увеличивается («Солнце на летний путь выезжает», – говорили в народе).


[Закрыть]. Причиной этого является то, что ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости эклиптики, а наклонена к ней под углом 66,5° (рис. 2).

§ 2. Движение Луны вокруг Земли

Движение Луны вокруг Земли по ряду причин является весьма сложным. Если Землю принять за центр, то орбиту Луны в первом приближении можно считать эллипсом с эксцентриситетом

e = √ (a² – b²) / a = 0,055,

где а и Ь – соответственно большая и малая полуоси эллипса. Когда Луна находится в наибольшей близости к Земле в перигее, ее расстояние от поверхности Земли составляет 356 400 км, в апогее это расстояние увеличивается до 406 700 км. Среднее же ее расстояние от Земли равно 384 000 км.

Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°09′; точки пересечения орбиты с эклиптикой называются узлами, а прямая, их соединяющая, – линией узлов. Линия узлов перемещается навстречу движению Луны, совершая полный оборот за 6793 суток, что составляет около 18,6 лет.

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел называется драконическим месяцем; его продолжительность равна 27,21 средних солнечных суток (см. § 5).

Поскольку линия узлов не остается на месте, Луна по истечении месяца не возвращается точно к своему первоначальному положению на орбите и каждое следующее обращение ее происходит по несколько иному пути.

По отношению к звездам полный оборот по своей орбите вокруг Земли [12]12
  Строго говоря, не Луна обращается вокруг Земли, а Земля и Луна обращаются вокруг общего центра тяжести, находящегося внутри Земли.


[Закрыть] Луна совершает за 27,32 средних солнечных суток. Этот промежуток времени называется сидерическим (иначе звездным; sidus – по-латыни «звезда») месяцем; по прошествии этого месяца Луна возвращается к одной и той же звезде.

§ 3. Фазы Луны

Обращаясь вокруг Земли, Луна занимает различные положения относительно Солнца, и поскольку она представляет собой темное тело и светит лишь благодаря отражаемым ею солнечным лучам, то при разных положениях Луны относительно Солнца мы видим ее в разных фазах.

Рис. 3. Фазы Луны

Схематически лунные фазы показаны на рис. 3. На орбите изображена Луна (освещенная Солнцем наполовину) в различных положениях относительно Земли, а снаружи от орбиты показаны разные фазы Луны, как они видны с Земли.

Когда Луна при своем движении вокруг Земли окажется между Солнцем и Землей (положение 1), то к Земле будет обращена ее неосвещенная часть и в этом случае с Земли она не будет видна. Такая фаза Луны называется новолунием. Если Луна окажется в положении прямо противоположном Солнцу (положение 5), то часть ее, обращенная к Земле, будет полностью освещаться Солнцем, и Луна будет видна с Земли в виде полного диска. Эта фаза Луны называется полнолунием. Когда Луна окажется в положении 3 или 7, то в это время направления на Солнце и Луну составят угол в 90° и поэтому с Земли будет видна только половина ее освещенного диска. Эти фазы Луны называются соответственно первой четвертью и последней четвертью.

Через два-три дня после новолуния Луна окажется в положении 2, и тогда по вечерам при заходе Солнца будет видна освещенная часть лунного диска в виде узкого серпа. После первой четверти, по мере приближения Луны к полнолунию, которое наступает примерно через 15 суток после новолуния, освещенная часть ее с каждым днем будет увеличиваться, а после полнолуния размер освещенной части Луны, наоборот, будет постепенно уменьшаться, вплоть до следующего новолуния, когда она опять окажется полностью невидимой.

Для практических целей часто пользуются периодом повторения лунных фаз (например, от новолуния до новолуния). Этот период времени, называемый синодическим месяцем, составляет в среднем около 29,5 средних солнечных суток. Периодическую смену фаз Луны люди и использовали как вторую меру времени (после суток – периода оборота Земли вокруг своей оси), а именно месяц.

В своем видимом суточном движении по небесной сфере любое небесное тело оказывается в высшей или низшей точке своего пути. Эти моменты называются кульминациями – соответственно верхней и нижней (про небесное тело говорят, что оно кульминирует). В момент кульминации светило пересекает небесный меридиан – большой круг небесной сферы ZPVQZ'P'WQ' (рис. 1), плоскость которого проходит через ось мира РР' и отвесную линию.

Луна в течение месяца кульминирует в разные часы. В новолуние это происходит в 12 часов, в первой четверти – около 18 часов, в полнолуние – в 0 часов, а в последней четверти – в 6 часов.