Ophodno vrijeme
Ophodno vrijemejevrijemepotrebno daplanetili drugonebesko tijelonapravi jednu punuorbituoko matičnog tijela (ustvari oko zajedničkogasredišta mase). Za nebeska tijela koji se okreću okoSuncarazlikujemo više vrsta ophodnih vremena:
- siderički (zvjezdani) periodili pravo ophodno vrijeme je vrijeme u kojem tijelo napravi puni okret oko Sunca (kutod 360°), relativno u odnosu na položajzvijezda.
- siderički danilizvjezdani danjeperiod rotacijeplanetau odnosu na udaljenezvijezde.Zemljin siderički dan određuje se kao vrijeme između dva prolaskaproljetne točkekroznebeski meridijani iznosi 23 sati 56 minuta i 4 sekunde.
- siderički mjesecilizvjezdani mjesecje razdobljeMjesečeva obilaska Zemljes obzirom nazvijezde(27,321 662d= 27d7h43min11.6s).
- zvjezdana godinailisiderička godina(365d6h9min9,76s= 365,256363d) jevrijeme obilaska Zemlje oko Suncas obzirom na sustav dalekihzvijezda.
- sinodički periodje vrijeme potrebno da se tijelo nađe u istoj točki neba, promatrano saZemlje.Zbog Zemljinog kretanja oko Sunca siderički i sinodički periodi nebeskih tijela se razlikuju.
- sinodički daniliSunčev danje vrijeme koje proteče između Sunčeve dvije uzastopne istovjetnekulminacije(gornje u podne ili donje u ponoć). Zemljin sinodički dan definiran kao prosječno vrijeme između dva podneva i iznosi 24sata.
- sinodički mjesec je razdoblje promjeneMjesečevih mijenakoje odražava položajMjesecapremaSuncu,a iznosi 29,530 59 d = 29 d 12 h 44 min 3 s.
- tropska godina iliSunčeva godina(365d5h48min46s= 365,24219d) jevrijemeizmeđu dvaju uzastopnih prolazaka Suncaproljetnom točkom.
- anomalistička periodavrijeme je između dvaju uzastopnih prolazaka tijelaperihelom.
- drakoničkailinodička periodavrijeme je između dvaju prolaza istim čvorom stazeprirodnog satelita,koja je nagnuta prema ravnini u kojoj se giba planet.Drakonički mjesecima važnu ulogu u ponavljanjupomrčina SuncaiMjeseca).
- tropska periodavrijeme je između dvaju uzastopnih prolazaka istomekliptičkomlongitudom.[1]
Nikola Kopernikje u novomheliocentričnom sustavutrebao uvesti novuastronomskuveličinu, a to jezvjezdana ili siderička godina.Sinodička godinaje ophodno vrijeme u kojem se ponovi isti položaj planeta i Zemlje u odnosu na Sunce, dakle razdoblje ponavljanja istih položaja tih triju tijela, i neposredno se mjeri kao osobina prividnogplanetskog kretanja.Zbog Zemljinog kretanja oko Sunca, siderički i sinodički periodi nebeskih tijela se razlikuju. Dakle sinodička godina ne predstavlja samo osobinu nekog planeta, već ovisi i o tome kako se Zemlja giba oko Sunca. Siderička godina je vrijeme ophoda planeta oko Sunca ukoordinatnom sustavukoji je vezan za dalekezvijezde,a centar ima u Suncu. Takav je period istinskafizikalna veličinakoja pripada samo planetu. S druge strane siderička godina se ne može mjeriti izravno, pa je treba računski odrediti.
Pretpostavimo da seplanetigibaju stalnimbrzinamapokružnici(vidi sliku desno). Zamislimo unutarnji planet (npr.Venera) u donjojkonjukciji(položaj 1) i pratimo njegovo kretanje i kretanje Zemlje oko Sunca, sve do trenutka iduće donje konjukcije. Planet se nalazi na kraćoj stazi i giba se brže, pa će prevaliti puni kut i još kutAdo ponovne donje konjukcije (položaj 2). Do tog položaja protekla je jedna sinodička godina planetaS.Zemlja se u isto vrijemeSputanjom pomakla samo za kutA,a za vlastitu sideričku godinuZimala bi prevaliti punikut.Tom tvrdnjom iskazali smo odnos:
Kut od 360° planet prelazi u svojoj sideričkoj godiniP.Kut 360° +Aplanet je prešao za vrijeme sinodičke godine, a sam kutAprešao je za vrijeme koje je jednako razlici sinodičke i sideričke godine. Time je izražen odnos:
Izjednače li se desne strane tih odnosa, izlazi za donje ili unutarnje planete:
gdje je:P- siderička godina unutarnjeg planeta;Z- siderička godina Zemlje;S- sinodička godina unutarnjeg planeta.
Za izračunavanje sideričke godine vanjskih (gornjih) planeta treba da u jednadžbi zamijenimo mjesta Zemlje i planeta. Ono što je Zemlja za unutarnji planet, to je vanjski planet za Zemlju! Tada se dobiva za gornje ili vanjske planete:
gdje je:P- siderička godina vanjskog planeta;Z- siderička godina Zemlje;S- sinodička godina vanjskog planeta.
Sinodička godina u tim odnosima jesrednja sinodička godina.Inače se vrijeme između dva ista razmještaja Zemlje, planeta i Sunca mijenja zbog izduženosti staza i kretanja planeta s nejednakom brzinom po stazi.[2]Tablica sideričkih i sinodičkih perioda za planeteSunčevog sustava,relativno u odnosu na Zemlju:
| Planet | Sinodička (tropska) godina | Siderička (zvjezdana) godina |
|---|---|---|
| Merkur | 115,9dana | 88 dana |
| Venera | 583,9 d | 224,7 d |
| Zemlja | - | 365,26 d |
| Mars | 780 d | 687 d |
| Jupiter | 399 d | 11,86godina |
| Saturn | 378 d | 29,46 g |
| Uran | 370 d | 84,01 g |
| Neptun | 367,5 d | 164,8 g |
| Pluton | 366,7 d | 247,7 g |
U svakodnevnom djelovanju najvažnije razdoblje vremena određeno je izmjenomsvjetlostii tame (dnevnom izmjenom osunčenja iliinsolacije). PoložajSuncananebeskoj sferipredstavlja kazaljku pomoću koje se ustanovljuje doba dana. Računanjevremenadana počinje u ponoć, u času kada se Sunce nalazi udonjoj kulminaciji.Sunčev dan(sinodički dan) je vrijeme koje proteče između Sunčeve dvije uzastopne istovjetnekulminacije(gornje u podne ili donje u ponoć). Slično tome,zvjezdani dan(siderički dan) je vrijeme u kojemu puni okret učini nekazvijezda,ili točnije rečenoproljetna točka.Sunčevo vrijeme služi za svakodnevne životne djelatnosti. Znajući trenutak Sunčeva vremena, u stanju smo odrediti položaj Sunca na nebu. Možda nam se čini da to nije problem, jer se Sunce iznadobzoralako ugleda. No kod zvijezda nije tako. Zvijezde su mnogo manjeg sjaja nego Sunce. Zvjezdano vrijeme potrebno je da bi se odredio položaj zvijezda, a osim uastronomiji,primjenjuje se ugeodezijiinavigaciji.
Kazaljka zvjezdanog vremena jeproljetna točka.Zvjezdano vrijeme jednako je satnom kutu proljetne točke. Zvjezdani dan počinje kada se proljetna točka nalazi u gornjoj kulminaciji. Zvjezdano vrijeme povezano je u svakom času sa satnim kutom irektascenzijomzvijezde. Ono je ograničeno time na razdoblje od 0 do 24 h. Zvjezdano vrijeme teče onoliko jednoliko koliko se jednolikoZemlja okreće.Tok zvjezdanog vremena određen je samo Zemljinom vrtnjom u odnosu na zvijezde. U toku vremena postoje male promjene. Razlozi tih promjena trojaki su. Jedan je učinakplime.Pri gibanju plimnih valova dolazi dotrenjaizmeđuvodenih masai dna. Trenjem se gubi diokinetičke energijevrtnje pa se ona usporava. Pojava se očituje u stoljetnim razmacima. Zatim, postoje sezonske promjene brzine vrtnje jer se ovisno ogodišnjem dobumijenjaju jačine i smjerovivjetrovatemorskih struja.Stoga se vrtnja i usporava i ubrzava u toku godine, ovisno o tome pomažu li strujanja Zemljinoj vrtnji ili odmažu. Treći razlog krije se u gibanjima uZemljinoj unutrašnjostii u fizičkom prostoru Zemljine okoline.
Sunčev dan zadan je ne samo Zemljinom vrtnjom oko vlastite osi, već iZemljinom godišnjom putanjomoko Sunca. Pritom Zemlja učini jedan okret više oko svoje osi, s obzirom na proljetnu točku (ili zvijezde) nego s obzirom na Sunce. Obilaženje oko Sunca čini jedan dodatni okret Zemlje prema sustavu zvijezda. To znači da će broj zvjezdanih dana u Sunčevoj (tropskoj) godini biti za jedinicu veći od broja Sunčevih dana u Sunčevoj godini:
- (T+ 1) zvjezdani dan =TSunčev dan
gdje jeT-Sunčeva ili tropska godinakoja iznosi 365 d 5 h 48 min 46 s = 365,24219 d, pa dobivamo:
- 1 zvjezdani dan = 23 h 56 min 4 s
Zvjezdani dan dijeli se sam po sebi u 24 h zvjezdanog vremena, a sati, minute i sekunde zvjezdanog vremena takoder traju krace od sata, minuta i sekundi Sunčeva vremena:
- 1 zvjezdani sat = 59 min 50 s
- 1 zvjezdana minuta = 59,8 s
Zvjezdano vrijeme ovisi o tome u kojem se godišnjem dobu nalazimo. Onog časa kada je Sunce u proljetnoj točki s kojom zajedno prolazi kroz gornju kulminaciju podne je (12 h Sunčeva vremena), no istodobno je i početak zvjezdanog dana (0 h zvjezdanog vremena). Narednog će se dana Sunce naći istočnije od proljetne točke jer ono među zvijezdama odmiče naistok,pa će u dnevnoj vrtnji neba "zaostajati" za zvijezdama i kasnije proći nego proljetna točka. Kadakutizmeđu satnog kruga proljetne točke i Sunca poraste na 90° (početak ljeta), zvjezdano će vrijeme biti "mlađe" od Sunčeva za 6 h; kada poraste na 180° (početakjeseni), zvjezdano vrijeme jednako je Sunčevom; kada razlika dosegne 270° (početakzime), zvjezdano će vrijeme biti za 6 h "starije" od Sunčevog.
Sunce se ne giba jednolikom brzinom po ekliptici, aekliptikase ne podudara snebeskim ekvatorom.Po ekliptici se Sunce ne giba jednoliko jer njegovo prividno gibanje samo odražava pravo gibanje Zemlje oko Sunca; Zemlja se po ekliptičnoj stazi giba promjenjivombrzinom.Stoga Sunce ne prelazi svakog dana jednake kutove po ekliptici. Sunce isto mijenja svoju kutnu udaljenost od nebeskog ekvatora. To znači da ono osim gibanja usporedo s nebeskim ekvatorom izvodi još i gibanje u smjeru okomitom naekvator.Na primjer, dan poslije početkaproljeća,Sunce će se naći nešto sjevernije od nebeskog ekvatora. Dnevni pomaci na sjever ili na jug od nebeskog ekvatora najveći su u dobaravnodnevnica,a u doba okosuncostajaSunce se giba usporedo s nebeskim ekvatorom. To znači, i kada bi se Sunce ekliptikom i gibalo ravnomjerno, njegova se projekcija na nebeski ekvator ne bi gibala ravnomjerno.
Pravi Sunčevi dani ne traju zato jednako.Srednji Sunčev dan(ili naprostodan) je prosjek svih pravih Sunčevih dana u toku tropske ili Sunčeve godine. Danas se trajanje srednjeg Sunčevog dana prati pomoćuatomskih satova.Godine 1967. dogovoreno je da se umjesto sekunde određene iz gibanja Zemlje, kao jedinica vremena iskoristi atomska sekunda ili sekunda određena atomskim satom. Ta je sekunda povezana s trajanjem tropske ili Sunčeve godine 1900. Sekundom se smatra razdoblje vremena koji je bio 31 556 925,9747 puta sadržan u toj tropskoj godini. Kako se duljina dana i tropske godine s vremenom mijenjaju, to se radi usklađenja vremena dana s kalendarom ubacuje ukalendarskidan dodatna (prekobrojna)sekunda.
Prirodne pojave, kao što su izlazak i zalazak Sunca, te gornjakulminacija(pravo mjesno podne), ovise o gibanju pravog Sunca. Da bi se trenutak dana povezao sa satnom kružnicom na kojoj se nalazi Sunce, ustanovljena je razlika pravog i srednjeg Sunčeva vremena. Razlika je poznata pod nazivomjednadžba vremena:
- jednadžba vremena = pravo Sunčevo vrijeme - srednje Sunčevo vrijeme
Pošto se svako vrijeme, i zvjezdano i Sunčevo, mjerisatnim kutom(u odnosu nameridijanpromatrača), ono jelokalnog karaktera.Svakazemljopisna dužinaima svoje vrijeme. Ako je kod nas podne, zapadno od nas bit će još jutro, a istočnije od nas bit će popodne. Svakih 15° zemljopisne dužine donosi razliku mjesnih vremena od 1sat.Zato je na nekoj zemljopisnoj dužiniλ,srednje Sunčevo vrijeme jednako:
- Tm= UT ± λ
Kod istočnih zemljopisnih dužina predznak je pozitivan, kod zapadnih negativan. Svjetsko iliuniverzalno vrijemeUT(eng.Universal Time) srednje je Sunčevo vrijeme na 0° meridijanu iligriničkom meridijanu.Zemljopisnu dužinuλtreba izraziti u vremenskim jedinicama koristeći sljedeće odnose: 1 h = 15°; 1 min = 15'; 1 s = 15 "; 1° = 4 min; 1' = 4 s; 1" = 0,066 s.
U društvenim zajednicama uspostavljeno je pojasno ili zonsko vrijeme. Umjesto da se svako mjesto ravna po svojem srednjem Sunčevom vremenu koje započinje u mjesnu ponoć, čitave države ili njihovi dijelovi imaju zajedničko vrijeme. Cijela je Zemlja raspodijeljena na 24vremenske zoneili pojasa. Središnji meridijani vremenske zone razmaknuti su za 15°. Unutar svake zone poštuje se jedinstveno vrijeme. Pojedine države su uvele iljetno računanje vremena(eng.Daylight saving timeili DST), kojim se tijekom ljetnih mjeseci, kazaljke prebacuju obično za jedan sat unaprijed u odnosu nakoordinirano svjetsko vrijeme(eng.Coordinated Universal TimeiliUTC). UHrvatskojse primjenjujesrednjoeuropsko vrijemeili UTC+1 (točnije rečeno srednjoeuropsko zimsko vrijeme), koje je određeno srednjim Sunčevim vremenom za istočnu zemljopisnu dužinu od 15° E, a od 1983. primjenjuje se i ljetno računanje vremena. Kada se želi iskazati vremenski slijed pojava opažanih na različitim zemljopisnim dužinama, kao i prave vremenske razlike, trenutak vremena izražava se pomoćukoordiniranog svjetskog vremenaUTC.
Odnosima pravog i srednjeg Sunčevog vremena, mjesnog i zonskog, koristimo se kada želimo saznati koliko je sati u trenutku pravog vremena. Građansko vrijeme koje primjenjujemo srednje je Sunčevo vrijeme samo za određenimeridijan.U nas je to 15° E meridijan. Nalazimo li se 1° istočnije, na 16° E meridijanu (recimo u bliziniZagreba), naše srednje vrijeme bit će za 4 minute "starije" (srednjem Sunčevom vremenu treba dodati 4 minute).
Trenutak ponoći u nekoj vremenskoj zoni odjeljuje prošli dan od idućeg dana. Dakle, postoji jedna prirodna granica datuma (nadnevka) koja se neprestano pokreće od vremenske zone do zone. Zato na Zemlji mora postojati još jedna granica datuma, jer dva područja na Zemlji, koja istodobno imaju dva različita datuma, moraju se sučeljavati na dvije, a ne samo na jednoj granici. Zato je postavljena čvrsta datumska granica, i to u najmanje naseljenom područjuTihog oceana.S obje strane granice isto je vrijeme u danu, jer je jednaka osunčanost, ali se susreću dva različita datuma. Izvodimo pravilo da prilikom prelaska datumske granice treba jedan dan oduzeti putuje li se sa zapada na istok, a dodati jedan dan putuje li se s istoka na zapad. Putovanjem na istok putnik zalazi u područje sve "starijeg" dana, mora pomicati satnu kazaljku neprestano unaprijed, pa na čitavom krugu oko Zemlje napuni jedan dan. Zato stekne jedan dan više, pa ga pri prelasku datumske granice mora odbiti.