Удивительный космос. Сутки

Сколько в сутках часов?

— 24, конечно, — скажете вы.

И будете правы. Ровно 24. Вот решили мы так давным давно, и все устаканилось.

Но…

Астрономы считают иначе.

Да, у нас есть солнечные сутки — время между двумя полуднями. То есть 24 часа — это один оборот вокруг Солнца.

Однако один оборот относительно далеких звезд длится короче — всего 23 часа 56 минут и 4 секунды. Астрономы называют их звездными или сидерическими сутками.

Куда же деваются эти без малого 4 минуты?

Хм.

Земля поворачивается вокруг своей оси. При этом она еще и сдвигается по своей орбите вокруг Солнца приблизительно на 1 градус. То есть для того, чтобы на следующий день Солнце оказалось точно в той же точке (например, в зените) что и сегодня, Земле нужно развернуться чуть дальше — как раз на этот 1 градус. Что составляет 3 минуты и 56 секунд.

Иными словами, для далеких звезд угол поворота Земли вокруг Солнца на 360° оборачивается для нас 361°.

Солнечные сутки мы используем для того, чтобы планировать свой день. О них все знают.

Звездные (сидерические) сутки используются очень широко и в разных областях:

• Астрономы — для      того, чтобы правильно навести телескопы на звезды — зафиксировав звезду      или планету (например, Марс) в какой-то точке сегодня, завтра нам нужно      будет передвинуться на вот эти 3 минуты 56 секунд назад. То есть этот      самый Марс в то же время окажется не в том месте!
• Астрономы —      звездные сутки они измеряют не по конкретной звезде или планете, а по      точке весеннего равноденствия: ось Земли имеет прецессию (медленное      раскачивание), поэтому звездные сутки оказываются на 0,008 секунды короче.
• Для наших телефонов (а      также для автоматизированных телескопов и некоторой другой техники и      компьютерных приложений) — время устанавливается по звездным часам!
• Геостационарные      спутники — спутниковое ТВ, связь, геопозиционирование обеспечивается      по звездному времени, то есть они знают, что вращаются вокруг Земли за 23      часа, 56 минут и 4 секунды. В противном случае земная техника бы теряла с      ними связь, а ваше местонахождение уплывало бы в сторону на десятки метров      за сутки (не слишком удобно, для навигации, правда?).
• Мы с вами — любые      звезды восходят сегодня на четыре минуты раньше, чем вчера, в итоге за 30      дней звезды смещаются на небе примерно на 2 часа (например, в январе мы      видим созвездие Ориона строго на юге в 22 часа, а месяц спустя, в феврале      — в той же точке оно будет в 20 часов).
• Для всех — движение      Земли вокруг Солнца в течение года подставляет галактике разные свои бока!      В результате такого смещения мы получаем «смену сезонов» — за полгода      сдвиг составит уже 12 часов! То есть созвездия, которые мы ночью видели на      небе зимой, теперь будут «видны» нам только днем (и мы их не увидим:      солнечная засветка, увы). Например, ночью зимой мы видим созвездие Ориона      и Тельца, а летом — любуемся Лебедем, Лирой и Орлом.
• Для каждого из нас      — мы проживаем в год 356,25 дней (оборотов вокруг Солнца). И,      одновременно, оборачиваемся в пространстве 366,25 раза! То есть звездных      дней у нас в году на 1 больше, чем солнечных!

Звездные сутки на других планетах

Кстати, сидерические сутки есть и на других планетах Солнечной системы. И они очень разные!

Фокус в том, что звездные сутки — это просто некое «абсолютное» время, за которое планета совершает один полный оборот вокруг своей оси относительно других звезд. Для нас это ерунда, а для астрономов и космонавтов — фундаментальная характеристика любого вращающегося космического тела.

Планеты (как и другие тела в Солнечной системе) крутятся вокруг Солнца и одновременно крутятся вокруг себя. Но вот последнее у них проходит очень по-разному, поэтому и возникает существенная разница между звездными и солнечными сутками.

Например:

• Меркурий — разница      колоссальная из-за близости к Солнцу: солнечных суток у него в пересчете      на земные сутки 176, а сидерических — 58,6, то есть солнечных суток там      набирается на 3 меркурианских сидерических года!
• Венера — с ней      совсем круто. Из-за того, что, в отличие от всех других планет, она      вращается вокруг своей оси в «другую сторону» (ретроградно), солнечные      сутки здесь не длиннее, а короче сидерических — в пересчете на земные      сутки, солнечные длятся 117 земных суток, а звездные — 243 (это вообще      дикая планета, у нее день длиннее, чем год: вокруг себя она вращается      медленно, а вокруг Солнца — быстро).
• Земля — выше уже      было сказано, что разница составляет около 4 минут: 24 солнечных против 23      часов 56 минут 4 секунд сидерических.
• Марс — разница      всего в 2 минуты: солнечных суток там в пересчете на земное время 24 часа      39 минут 35 секунд (марсоведы называют эти сутки словом «сол»), а      сидерическое — 24 часа 37 минут 22 секунды.

А вот вычислить сутки для газовых гигантов оказывается сложнее — у них разные слои облаков (газа) вращаются с разной скоростью, поэтому сидерические сутки определяются не по «поверхности», а по вращению их магнитных полей. В принципе солнечные и звездные сутки там не слишком отличаются, например, у Юпитера всего на пару минут.

Забавно, что у Солнца есть свои сидерические сутки! Только вот длятся они по-разному из-за того, что это не твердое тело, а газово-плазменный шар. Чтобы не копошиться в мелочах, специалисты «зонируют» Солнце:

• на экваторе —      Солнце крутится быстрее всего, так что сидерические сутки длятся примерно      25,05 земных суток;
• средние широты — от      26 до 29 земных суток;
• у полюсов —      примерно 34-35 земных суток.

То есть, понятно, что у полюсов поверхность Солнца вращается заметно медленнее, чем у экватора.

Кстати, у Солнца вроде бы не может быть «солнечных суток», но астрономы используют для его замены разные способы:

• для расчетов циклов      солнечной активности используют так называемое «Кэррингтоновское      вращение» — его принимают за 25,38 земных суток;
• для земного наблюдателя      синодические (то есть видимые с Земли) сутки на экваторе длятся около      27,27 земных суток — просто так это глазами не отследить, но если одно и      то же пятно на экваторе Солнца остается видимым в течение 2 и более оборотов,  то мы видим его именно с такой периодичностью. Хотя если пятно будет      сдвинуто вверх или вниз от экватора, то длительность «солнечных суток»      увеличится.

Ох, как же непросто с этими газовыми гигантами!

Сутки на экзопланетах

Экзопланеты — это планеты у других звезд. Таких уже открыто более 6 тысяч, плюс около 10 тысяч потенциальных (их называют «кандидатами»).

Для них мы узнаем только звездные (сидерические) сутки. Чтобы не путать с сутками объектов Солнечной системы, астрономы обычно называют их «периодом осевого вращения».

Тут есть несколько интересных фактов:

• В обитаемых зонах (то есть      там, где возможна жизнь, подобная Земле) мы находим чаще всего у звезд      красных карликов. 
• Если сидерические сутки      короткие, значит планета вращается очень быстро— там из-за силы      Кориолиса атмосфера вытягивается мощными ураганами, образуя четкие полосы (как      на Юпитере). Кстати, это же чаще всего говорит о наличии мощного      магнитного щита, защищающего планету от выжигания жизни космическими      ветрами.
• Если сутки длинные,      значит климат более спокойный.
• Из-за близости к звезде многие      планеты попадают в приливной захват (как некоторые спутники планет      Солнечной системы), то есть всегда повернуты к своему солнцу одной      стороной. То есть смен дня и ночи там нет: на одной стороне — вечная ночь,      а на другой — вечный день (а жизнь возможна лишь на узкой полосе между светом      и тьмой — этакие вечные сумерки). То есть у таких планет сидерический день      равен году.
• Если планета расположена      рядом со своей звездой (ближе, чем у нас Меркурий), то их год = сидерическим      суткам и может исчисляться часами, например: на планете K2-137b год/сутки      длится всего 3,4 часа, на одной из самых известных планет Kepler-78b — 8,5      часам, а на суперземле TOI-1685b год/сутки составляет 16 часов.

Зачем это знать?

Если вы не работаете в сфере космических технологий, не летаете в космос, не эксплуатируете профессионально спутниковые системы, то кажется, что всю эту разницу знать не нужно, но…

В научной фантастике такие фишки нужно обязательно учитывать:

• на разных экзопланетах      день может быть очень разным, как и у планет Солнечной системы,
• время любых крутящихся      объектов (планет, спутников, астероидов) исчисляется при навигации в      космосе только по сидерическим (а не солнечным) часам;
• измерение времени      звездных суток точнее всего достигается при использовании квазаров — это      активные ядра (активные черные дыры) сверхдалеких галактик. Они      расположены так далеко от нас (в миллиардах световых лет от нас), что их      условно можно считать абсолютно неподвижными — скорость любых объектов в нашей      галактике Млечный путь можно измерить с точностью вплоть до микросекунд.

Чаще всего фантасты об этом не пишут — не хотят сбивать читателя «звездным временем». Но иногда упомянуть об этом было бы интересно. Или нет? В конце концов вокруг разницы между солнечным и звездным временем можно было бы закрутить неплохую интригу!