Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря

МЕСТНОЕ ВРЕМЯ

Если мысленно представить себе Землю в виде глобуса, на который светит Солнце, то увидим, что в разных точках Земли время суток разное. Во-первых, направленная к Солнцу половина Земли освещена — там день. Противоположная половина находится в тени — там ночь. Там, где встречаются свет и тень, — восход Солнца и рассвет; в противоположном месте — закат и сумерки.

Более того, если посмотрите на освещенную Солнцем часть Земли, то увидите, что Солнце находится непосредственно над нулевым меридианом. Поэтому в Лондоне полдень (ив любой другой точке вдоль ну левого меридиана).

Но Земля вращается с запада на восток (или, если хотите, Солнце движется с востока на запад; легче предположить, что Солнце движется, — по причинам, указанным в этой главе). Так как Солнце оборачивается вокруг 360º долготы Земли за 24 часа, за один час оно проходит ³⁶⁰/₂₄ или 15º. Поэтому через час после лондонского полудня Солнце будет находиться над линией 15º западной долготы; через 2 часа она будет находиться над линией 30º западной долготы и так далее. Когда в Лондоне полдень, на 15º западной долготы еще час до полудня (или 11 а.м.), а на 30º западной долготы — 2 часа до полудня (или 10 а.м.).

За час до того, как Солнце подойдет к нулевому меридиану, оно находится над 15º восточной долготы, а за два часа — над 30° восточной долготы. Это значит, если в Лондоне поддень, на 15º восточной долготы уже один час после полудня (1 р.м.), а при 30º восточной долготы — два часа после полудня (2 р.м.).

Таким образом, любая точка на Земле имеет свое местное время, отличное от времени на нулевом меридиане (время по Гринвичу). Для этого необходимо знать долготу места, где вы находитесь. Если вы на западе от нулевого меридиана, то отнимите 1 час от времени по Гринвичу для каждых 15º (или 4 минуты для каждого 1°), Если вы на востоке от нулевого меридиана, то прибавьте 1 час к времени по Гринвичу для каждых 15°.

Это верно и в другом случае. Предположим, у вас часы, покалывающие время по Гринвичу, и вам нужно с помощью секстанта определить время, когда Солнце находится непосредствен но над головой («местный полдень»). Для этого понадобится таблица, которая подскажет, как прибавлять или вычитать минуты в определенный день, чтобы заменить истинное Солнце на среднее. Определив время по Гринвичу в местный полдень, вы сможете определить свою долготу. Каждые 4 минуты опережения времени по Гринвичу означают, что вы на 1º западнее Гринвича, а каждые 4 минуты отставания — на 1º восточнее Гринвича.

Чтобы вести хронометрию по Гринвичу на борту качающегося корабля, необходимы точные часы (именно в морском путешествии наиболее важны знания о долготе). После изобретения маятниковых часов Гюйгенс опробовал некоторые их них на борту корабля, но они не работали на таком неустойчивом объекте.

Британское правительство было особенно заинтересовано в вычислении долготы, так как Британия являлась нацией мореплавания. В 1675 году Карл II основал гринвичскую станцию для того, чтобы вести астрономические наблюдения для определения долготы.

Затем в 1714 году британское правительство предложило вознаграждение в 20 тысяч фунтов стерлингов любому, кто изобретет часы, которые смогут работать на борту корабля, (Очень важно знать местонахождение судна во время путешествия по океану.) В 1760 году йоркширский плотник

Джон Гаррисон изобрел корабельный хронометр (от латинского, что значит «система для измерения времени»), который завоевал приз. Для этого ему пришлось построить самые точные часы, когда-либо существовавшие на земле, и закрепить их на карданном подвесе, чтобы они оставались устойчивыми независимо от движения корабля. (Сейчас хронометры уже совсем не нужны: рация принимает сигналы поясного времени, которые более точны, чем хронометр на корабле.)

ДЕКРЕТНОЕ ВРЕМЯ

Неудобно, если каждый город будет иметь собственное местное время. Например, Бостон находится на 71º западной долготы, а Филадельфия — на 75º. Это значит, что в полдень по Гринвичу в Филадельфии 7:00 а.м., а в Бостоне 7:16 а.м,

В дни, когда не было современных транспортных средств и коммуникации, эти небольшие различия, возможно, были не важны, Население разных городов могло иметь свое собственное местное время и жить в мире и спокойствии, особенно если люди не носили часов и время определяли по местным церковным колокольням.

Но когда начали ходить поезда, невозможно было вывешивать расписание, составленное по местному времени каждой станций. А представьте, что телевизионные программы начинаются в 1 час (по нью- йоркскому времени), от которого нужно отнять 4 минуты в Филадельфий и прибавить 12 минут в Бостоне!

Эту проблему впервые осознали нации, которые занимали большую территорию и строили передовые железнодорожные сети. Речь идет о Соединенных Штатах и Канаде. В 1878 году канадец Сандфорд Флеминг предложил разделить Соединенные Штаты и Канаду на пояса шириной 15º и ввести в них единое время суток. В Соединенных Штатах Чарльз Фердинанд Дауд был автором подобной идеи.

Вначале эту идею приняли железные дороги, затем нации, а позже весь мир.

Вот как это действует, В полдень по Гринвичу (независимо от истинного местонахождения Солнца) между 7¹/₂ восточной долготы и 7¹/₂ западной долготы везде ровно полдень. В целом это составляет 15º широты, и такой сегмент называют поясом.

К западу от этого «полуденного пояса» от 7¹/₂ западной долготы до 22¹/₂ западной долготы находится 15-градусный пояс, где везде 11 а.м. Двигаясь на восток от «полуденного пояса», от 7¹/₂ восточной долготы до 22¹/₂ находится пояс восточной долготы, где везде 1 р.м. Таким образом Землю разделили на 24 часовых пояса. Юридическое время в пределах такого пояса называют поясным временем или чаще декретным временем.

Соединенные Штаты занимают четыре таких пояса, основная территория располагается от 75º до 120º западной долготы. Самый восточный пояс находится на Восточном побережье Соединенных Штатов, где восточное декретное время. К западу от него располагается пояс с долиной реки Миссисипи, где центральное декретное время. В следующем поясе находятся Скалистые горы, где горное декретное время. Самый отдаленный на западе пояс включает Западное побережье, где тихоокеанское декретное время.

Это значит, что в таких городах, как Бостон, Нью-Йорк, Филадельфия, Вашингтон, Атланта и Майями, 7 а.м. в полдень по Гринвичу. В городах Миннеаполис, Чикаго, Сент-Луис, Хьюстон и Новый Орлеан — 6 а.м. В Бьютте, Бойсе, Денвере, Фениксе и Санта Фе — 5 а.м. И наконец, в Сиэтле, Сан-Франциско, Лос-Анджелесе и Сан-Диего — 4 а.м.

Путешествуя из одного пояса в другой, вы столкнетесь с неожиданным скачком времени на 1 час. Например, прибыв в Чикаго из Нью-Йорка, вы должны перевести часы на 1 час назад. Вернувшись в Нью-Йорк, вы снова должны перевести их на 1 час вперед. Делая телефонные звонки, необходимо учитывать разницу во времени. Если звоните из Сан-Франциско в 10 р.м., то вашего приятеля в Бостоне поднимут с кровати в 1 а.м. (Именно это однажды случилось со мной.)

Это неизбежное неудобство. На территории этих поясов существуют огромные районы, где изменения не нужны. Зато, когда вам необходимо изменить время, вы переводите часы сразу на 1 час вместо 4 минут в одном месте и 12 минут в другом. Лучшей системы не изобрели.

ИЗГИБЫ ЧАСОВОГО ПОЯСА

Если посмотрите на карту Соединенных Штатов, где отмечены часовые пояса, вас, вероятно, удивят изгибы и зигзаги пограничных линий. Теоретически зоны разграничены прямыми северо-южными линиями, но это может вызывать неудобство.

Например, линия 82¹/₂º западной долготы, которая теоретически является границей между восточным декретным временем и центральным декретным временем, проходит через середину штатов Огайо и Джорджия. Это могло вызвать неудобство у правительств штатов, которым.пришлось бы иметь дело с двумя различными временными рамками. Огайо и Джорджия решили принять стандарт восточного декретного времени. Поэтому граница между восточным и центральным декретным временем проходит по пограничным линиям штатов Огайо и Индиана и штатами Джорджия и Алабама.

Другие штаты позволили границе часового пояса разделить себя на две части. Примером тому могут служить Флорида и Мичиган. В таких случаях штаты используют удобную природную границу: Мичиган ведет границу через озеро Мичиган, а Флорида — вдоль реки Чаттахучи.

Всегда, когда это возможно, нации для удобства стараются разместить в одном часовом поясе, Например, граница между полу денным поясом и поясом 1 р.м. — линия 7¹/₂º восточной долготы. Она проходит через западную часть Германии и восточную часть Франции. Но Франция решила принять полуденный пояс (но Гринвичу), а Германия — пояс 1 р.м. (по Центральной Европе).

Лишь несколько стран имеют проблемы с часовыми поясами, подобные тем, что есть у Соединенных Штатов. В Мексике три пояса, но большая ее часть живет по центральному декретному времени. В Бразилии тоже три, но большая часть населенной территории находится в поясе 9 а.м. У Китая четыре, но большая часть населенной территории располагается в поясе 8 р.м.

Страна, где ситуация хуже» чем в Соединенных Штатах (поскольку она охватывает большую долготу), это Канада. Кроме четырех часовых поясов, существующих в Соединенных Штатах, Канада имеет пояс, который находится восточнее восточного декретного времени и охватывает Лабрадор и приморские области. Это атлантическое декретное время. Северо-западная часть этой страны занимает часовой пояс к западу от тихоокеанского декретного времени, поэтому Канада имеет всего шесть часовых поясов, (Но если считать Аляску, то Соединенные Штаты тоже имеют шесть часовых поясов.)

Но чемпионом в этом вопросе стал Советский Союз с одиннадцатью часовыми поясами. В полдень по Гринвичу, когда на западных границах Советского Союза в Калининграде еще 2 р.м., на восточном краю Сибири уже полночь.

Некоторые регионы на Земле хотят находиться между часовыми поясами, чтобы декретное время было ближе к их местному времени. Например, Ньюфаундленд располагается на восточной границе атлантического декретного времени. Впоследствии он установил свое декретное время на полчаса позже атлантического декретного времени. В полдень по Гринвичу в Ньюфаундленде 8:30 а.м. (хотя на границах Канады через залив Святого Лаврентия 8:00 а.м.).

Еще один пример: половина территории Ирана находится в поясе 3 р. м., а половина — в поясе 4 р.м. Вместо того чтобы подвергать себя неудобству двух часовых поясов, он полностью принял пояс 3:30 р.м. Во всем мире астрономы для своих наблюдений используют время по Гринвичу. Поэтому его иногда называют единым мировым временем.

ДЕКРЕТНОЕ ЛЕТНЕЕ ВРЕМЯ

Существует одна тонкость, которая добавилась к декретному времени начиная с Первой мировой войны. Она проявляется в следующем.

Рабочий день в таких странах, как Великобритания и Соединенные Штаты, начинается в 8 или 9 а.м. и заканчивается в 5 или 6 р.м. Чтобы попасть на работу вовремя, люди (которые любят поспать) проснутся не раньше 7 а.м. А чтобы спать не менее 8 часов, они должны лечь в 11 р.м.

Это значит, что осенью и зимой 16-часовой период бодрствования включает весь период светлого времени суток и захватывает 5 — 7 часов темного времени суток. В течение этих 5 — 7 часов потребляется большое количество энергии для искусственного освещения.

Но весной и летом Солнце всходит раньше и заходит позже. Поэтому 16-часовой период бодрствования включает лишь 3 — 5 часов темного времени суток. С другой стороны, поскольку в Британии Солнце всходит в 4 а.м., а в северных Соединенных Штатах в 4:30 а.м., на сон уходят первые 2 или 3 часа светлого времени суток.

Если было бы возможно убедить людей начинать дела весной и летом на час раньше, все просыпались бы и ложились спать на час раньше. Таким образом сэкономили бы 20 — 30% электроэнергии, необходимой для искусственного освещения в темное время суток.

Но заставить людей изменить привычки почти невозможно. Единственный реальный способ осуществить это — изменить официальное время. Если весной перевести часы на час вперед, то во время утреннего сна люди потеряют на час меньше солнечного света. Тогда вечером будет на час больше солнечного света. Потребление энергии сократится. После приспособления все будут жить в соответствии со своими привычками.

Предложения о такого рода изменении выдвигались еще за 10 лет до Первой мировой войны. (Начиная с 1907 года англичанин Вильям Виллетт отчаянно сражался за это.) Но люди относились к времени как к чему-то, во что нельзя вмешиваться. Многие думали, что оно предопределено небесами, поэтому его изменение — кощунство. Они забыли (или никогда не знали), что часы — творение рук человеческих, а декретное время — вмешательство в местное время. Даже многие ученые думали, что бесполезно изменять часы. Они не понимали,» что люди следуют за часами и можно заставить изменить их привычки, просто изменив часы.

Лишь после 1916 года было что-то сделано, но Виллетт, к сожалению, умер в 1915 году и не мог увидеть свою победу. Первая мировая война сократила количество энергии для второстепенных целей, поэтому экономическая нужда одержала победу над иррациональными предрассудками. Германия» Великобритания и некоторые другие страны начали в летнее время переводить часы вперед.

Это передвинутое на час вперед время называют стандартным летним временем или декретным летним временем.

Декретное летнее время нецелесообразно в северных странах, где летом день становится таким длинным, что требуется очень мало искусственного освещения. Оно нецелесообразно и в тропических и субтропических странах, где летом день не длинный, поэтому утренний солнечный свет почти не теряется. В земледельческих странах декретное летнее время не очень популярно, так как фермерскую работу выполняют по Солнцу, и изменения с часами — лишняя сложность.

Поэтому декретное летнее время не есть что-то, что должен принимать весь мир. В Соединенных Штатах разные группы населения традиционно сами решают, переходить им на декретное летнее время или нет. Большинство крупных северных городов, почти вся Новая Англия и Тихоокеанское побережье переходят. Но многие небольшие населенные районы не следуют этому примеру.

Это создает определенное неудобство, так как существует чар разницы между декретным летним временем и декретным временем. Два района, находящиеся в нескольких милях один от другого и располагающиеся в одном часовом поясе, могут иметь часовую разницу во времени, Из-за этого особенно часто Страдают железные дороги, поэтому на вокзалах висят часы с двумя часовыми стрелками. Черная стрелка показывает декретное время, а красная (идущая на час вперед) показывает декретное летнее время.

Путаница может возникнуть даже тогда, когда оба района переходят на декретное летнее время, но переводят часы в разное время. Однажды, несколько лет назад, Нью-Йорк оставался на декретном летнем времени до конца октября, а Бостон вернулся к декретному времени в конце сентября. Поэтому в течение октября телевидение (которое работало по нью-йоркской системе) осуществляло трансляцию но бостонским часам с опозданием на час, Я лично был свидетелем того, как это ужасно раздражало жителей Бостона. К счастью, с тех нор это не повторялось.

ПРЫЖОК ЧЕРЕЗ ДЕНЬ

Если вернуться к декретному времени и часовым поясам, то, передвигая по глобусу палец, мы увидим любопытную вещь. Начав свой путь 5 июня в полдень по Гринвичу (для примера) и двигаясь по глобусу на восток, мы 5 июня пройдем пояс 1 р.м., 2 р.м. и так далее. Когда подойдем к Восточной Сибири в поясе 172¹/₂º восточной долготы, будет полночь, а затем 6 июня.

Если снова начать свой путь 5 июня в полдень по Гринвичу и вести палец по глобусу на запад, 5 июня мы пройдем пояс 11 а.м., 10 а.м, и так далее. Когда мы снова подойдем к поясу 172¹/₂° восточной долготы (на этот раз с другого направления), наступит полночь 5 июня.

Заметьте, что происходит. Когда палец левой руки движется на восток от Гринвича, он проходит районы, где время более позднее, А когда такой же палец правой руки движется на запад от Гринвича, он проходит районы, где время более раннее. Когда оба пальца встречаются в Восточной Сибири, в обоих случаях наступает полночь. Но палец, который двигался на восток, опоздал на целый день, в отличие от пальца, который двигался на запад.

Единственное решение — установить 24-часовую разницу на линии 180º. Как при пересечении границы пояса вы переводите часы на час, так и при пересечении линии 180º переворачиваете лист в календаре.

Если вы движетесь из Азии в Америку, то переворачиваете лист календаря на день назад, а если движетесь из Америки в Азию, то переворачиваете на день вперед.

Это не значит, что вы «теряете день» или «опережаете на день». Это просто бухгалтерия, чтобы, так сказать, уравнять время. Когда палец движется на восток вокруг земного шара, он опережает на час каждый раз, как пересекает часовую границу. На линии 180º он вынужден потерять день, чтобы возместить все часы. Мгновенная потеря дня возмещает постепенное опережение на 24 часа.

Палец, движущийся но земному шару на запад, каждый раз при пересечении часового пояса теряет 1 час. На линии 180º ему придется прибавить день, чтобы возместить эти часы. Мгновенное прибавление дня возмещает постепенную потерю 24 часов. Все это очень хорошо для путешествующих по глобусу пальцев. Но реальному человеку, путешествующему вокруг Земли, приходится сталкиваться с фактом вращения Земли и изменения времени. Это создает в пути определенное неудобство, когда день, потерянный или прибавленный у 180º, уравнивает часы, которые путешественник опередил или терял на часовых границах. Если бы в ходе путешествия он тщательно проверял и подсчитывал часы, потерянные или прибавленные на часовых границах, то, возвратившись в первоначальную точку, он обнаружил бы, что они уравнялись. Он не прибавил бы или не потерял бы ни единой секунды.

В реальной практике дни меняются не всегда на 180º меридиане. Советский Союз, например, предпочел, чтобы вся Сибирь считалась на западной стороне 180º меридиана, хотя восточная окраина Сибири находится на восточной стороне 180º меридиана. Соединенные Штаты предпочитают видеть Алеутские острова на восточной стороне этого меридиана, хотя некоторые из них находятся на западе от 180º меридиана.

В результате была установлена демаркационная линия времени. Она доходит до половины 180º меридиана, а другая ее половина идет зигзагом во избежание разделения территории суши по времени.

Тот факт, что 180º меридиан пересекает меньше суши, чем любой другой меридиан во всем мире, послужил причиной выбора Гринвича нулевым меридианом. Нулевой меридиан в Нью-Йорке, например, провел бы демаркационную линию прямо через середину Сибири, Китая и Юго-Восточную Азию, Оказавшиеся в таком положении нации были бы очень несчастны, так как часть этих наций всегда жила бы в другом календарном дне.

НЕПОСТОЯНСТВО ЗЕМЛИ

Теперь может показаться, что мы организовали день и его деление совершенным образом. Но нет ничего совершенного.

В последние годы люди создали более точные часы, основанные на постоянных движениях элементов, которые надежнее маятников и пружин. Например, электрочасы, которые сейчас очень популярны, основаны на постоянных колебательных движениях переменного электрического тока частотой 60 герц. Лучшие сверхточные атомные часы (называемые мазерами), впервые созданные в 1955 году, определяют время с помощью постоянного колебания атомов. Такие часы могут отставать или спешить лишь на секунду за сотни лет, В 1960 году были сделаны такие часы, которые могут отставать или спешить не более чем на 1 секунду за 30 миллионов лет.

Когда человек научился точно делать хронометраж с помощью механических устройств, он смог еще раз убедиться в регулярном или предположительно регулярном движении Земли. Он определил это по продолжительности звездных суток между двумя последовательными пересечениями меридиана определенной звездой, как я упоминал в главе 2.

Если бы вращение Земли было абсолютно стабильным, продолжительность звездных суток никогда бы не менялась. Но оказывается, что продолжительность звездных суток не постоянна: происходят странные скачки, хотя и очень небольшие. Например, продолжительность дня может увеличиться или сократиться на несколько тысяч секунд[2]. Никто еще не объяснил причину этого. Конечно, с практической точки зрения эти странные изменения не серьезны, так как в конечном счете исчезают, но они остаются интересной проблемой для астрономов.

Кроме этих странных изменений, имеет место небольшое увеличение продолжительности дня. Это происходит из-за морских приливов к отливов. Луна (слабее, чем Солнце) притягивает воду океана гравитационными силами. При этом воды океана движутся вокруг Земли, поскольку наша планета вращается.

В мелководных морях, подобных Берингову или Ирландскому, движущиеся воды трутся о дно моря. Это приводит к торможению вращательного движения Земли. Эффект не велик, но достаточный, чтобы увеличивать день на 1 секунду через каждые 100 тысяч лет.

Очевидно, мы должны беспокоиться об этом. Но любопытно думать, что 200 миллионов лет назад, когда по Земле бродили динозавры, день, возможно, был на полчаса короче, чем сейчас. (Я говорю «возможно, был», так как размер и форма океанов на Земле меняются во время геологических эпох, и в ранние века эффект приливов и отливов мог быть сильнее или слабее.)

Что касается практической проблемы ежедневной хронометрии, то непрерывное вращение Земли является для нас абсолютно безопасным. Тем не менее, астрономы и другие ученые должны быть осторожными. До 1960 года секунду определяли как ¹/₈₆₄₀₀ дня. В тот год определение изменилось, и секунда стала составлять тропического года, так как год (о котором я скоро буду говорить) со временем меняется меньше, чем день. Эту новую секунду называют астрономической секундой.