Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава четвертая. Местное время и часовые пояса

Время и место

Истинный полдень - тот момент, когда палка, воткнутая в землю, дает самую короткую тень,- в различных пунктах земного шара наступает в разное время. Как же установить часы? В каждом месте по-разному? Не станет ли при этом расписание поездов путанным, а их движение опасным? Может быть установить единое время Для всего земного шара? Однако вряд ли на это согласятся жители тех стран, в которых расхождение с истинным временем окажется большим.

Все эти задачи уже разрешены, но для того, чтобы лучше оценить связанные с их решением трудности, находки, открытия, мысленно перенесемся на несколько сот лет назад...

20 сентября 1519 г. после торжественного богослужения, под гром пушек и приветственные крики из Севильи вышла флотилия. В ее составе - пять каравелл. Командир флотилии - Франциско Магеллан. Цель - открытие западного пути к Молуккским островам, или "островам пряностей", как их тогда называли. Португальцы уже захватили восточный путь вокруг Африки через Индийский океан и понастроили вдоль него крепости. Испанцы запоздали и пытаются наверстать упущенное. Но у Магеллана есть и другая, более далекая и заветная цель: отыскать указанный в старинных картах пролив, пройти им Америку, выйти в океан, пересечь его и, таким образом, достигнуть сулящих богатство "островов пряностей", а затем продолжать плыть на запад для того, чтобы вернуться домой, объехав вокруг света.

Скоро Магеллану становится ясным, что географическая карта, на которой он основывал свои планы, неверна. Тем не менее он с холодным и жестоким упорством продолжает поиски пролива. Вспыхивает мятеж команды, недовольной самовластным правлением Магеллана. Магеллан жестоко подавляет его. Флотилия зимует в пустынной и холодной бухте. Снова поиски пролива. Один из кораблей разбился, другой дезертировал, но пролив найден. С тремя кораблями Магеллан пускается в плавание через Тихий океан. Сто дней продолжается это плавание. Кончаются все запасы продовольствия. Уже в пищу идет воловья кожа, которой во избежание перетирания были обернуты снасти. Цинга валит людей с ног одного за другим. Наконец, показывается земля. Это спасение для обессиленного экипажа. Невольник, некогда взятый с Молуккских островов, понимает язык туземцев. Итак, круг замкнулся. Еще несколько дней плавания, и будут достигнуты заветные "острова пряностей".

Но во время вооруженной стычки с туземцами погибает Магеллан, и экспедиция лишается направляющей воли своего железного командира. Дисциплина среди испанцев быстро падает над туземцами учиняются всяческие насилия, а те решают отомстить. Часть экипаж гибнет в западне, устроенной туземцами, которые приглашают испанцев на пир, а затем убивают. Так как людей уже не хватает на все три корабля, то один из кораблей сжигают.

Два судна, наконец, достигают Молуккских островов, этих вожделенных "островов пряностей". Трюмы кораблей до отказа набиваются корицей, мускатом и перцем, но один из них дал течь, и его оставляют.

И вот уже только один, самый маленький из пяти кораблей, некогда вышедших из Испании, продолжает дальнейший путь. Пугливо обходят испанцы португальские гавани-крепости. Маленькое парусное суденышко огибает Африку и, едва избежав опасности быть захваченным португальцами, наконец достигает Севильи. Через три года, двигаясь все время на запад, оно вернулось обратно. А раз это так, то теперь уже нет никакого сомнения в том, что Земля - шар.

Но маленькое суденышко привезло еще одну истину. В течение всего плавания один из его участников, Пигафетта, вел записи. Изо дня в день, не пропуская ни одного дня, он записывал все, что видел. И вот оказывается, что на земле прошло на один день больше, чем на корабле. На корабле среда, а на земле четверг. Набожные испанцы - в ужасе: сами того не ведая, они передвинули дни праздников и постов. Спустя три года, ступив, наконец, на родную землю, участники плавания прежде всего спешат замолить свой грех. Босиком, в белых саванах, с зажженными свечами идут моряки в церковь...

Но почему же получилось расхождение? Почему в разных местах Земли, не одно и то же время? Значит, Земля вертится. Вот какую новую истину привез из кругосветного плавания его летописец Пигафетта.

Как можно найти день

Герой романа Жюля Верна "Вокруг света в восемьдесят дней" заключил пари, что за 80 дней сумеет объехать вокруг света. На пароходе, поезде, пешком, на слоне, через горы, пустыни и леса, не теряя даром и минуты, он пробивается все на восток. Преодолены тысячи препятствий, и все же он возвращается в родной город, затратив сверх обусловленных 80 дней еще несколько часов. Ему кажется, что все труды пропали напрасно и пари проиграно. Но нет! Его преданный верный слуга узнает, что в городе еще "вчерашний день". В последнюю минуту путешественник является в назначенное место и выигрывает пари.

Каким образом он нашел один день? Почему это произошло? - Потому, что он объехал вокруг светя, двигаясь все время на восток. За 80 суток своей бешеной гонки путешественник, двигаясь все время навстречу Солнцу, видел 81 восход Солнца. В его родном городе все жители за то же время видели только 80 восходов Солнца, и это помогло путешественнику выиграть пари.

Другой писатель рассказывает о том, что к некоему хозяину в один вечер пришли в гости два капитана, только что завершившие кругосветное плавание. Один из капитанов объехал вокруг света в западном, а другой- в восточном направлении. Оба капитана выехали из родного города в один день и оба вернулись в один и тот же день. Один из капитанов,-тот, который двигался на запад,- утверждает, что воскресенье будет завтра. Другой капитан, плывший на восток, утверждает, что воскресенье было вчера. А хозяин утверждает, что воскресенье сегодня.

Кто прав?

Эта история основана на ошибке. Был прав только хозяин дома. А почему был прав только он, это будет разъяснено через несколько страниц.

Где начинается новый год

Еще в конце I и начале II века нашей эры римский географ Марин Тирский для удобства ориентации на поверхности нашей планеты предложил на рисунках, изображающих Землю, нанести сетку из параллельных кругов - "параллелей" и исходящих от полюсов дуг - "меридианов".

Самый большой из параллельных кругов назван экватором, ему приписан нулевой номер. Девяносто параллельных кругов, проведенных к северу от экватора, и девяносто, проведенных к югу от него, образуют градусы северной и южной широты. За нулевой меридиан принимается тот, который проходит через обсерваторию, расположенную в Гринвиче. Так было решено на Международном конгрессе в 1844 г. 180 меридианов, расположенных к востоку от гринвичского, и 180, расположенных к западу от него, называют градусами восточной и западной долготы. Длина дуги в один градус равна 1/360 части длины окружности. Каждый градус делится на 60 частей, называемых минутами, каждая минута - на 60 частей, которые называются секундами.

Указание долготы (номера меридиана) и широты (номера параллели) какого-нибудь пункта точно определяет его положение на поверхности Земли. Так, например, координаты Москвы: 55°48' северной широты и 37°34' восточной долготы. Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за сутки; таким образом, за один час она поворачивается на 15°. Когда в Москве полдень, то в месте, лежащем на 15° к востоку от нее, уже один час дня, а в пункте, расположенном на 15° западней, еще только 11 часов утра. Поэтому, если выверить часы в полдень по Солнцу в Москве, а затем определить, какое время эти же часы будут показывать в полдень в Ленинграде, то окажется, что в тот момент, когда Солице над Ленинградом стоит в верхней точке и тень от предметов наиболее короткая, "московские" часы показывают 12 часов 35 минут. Отсюда следует, что Ленинград расположен на - 8°45' западнее Москвы.

Если бы мы жили по солнечному времени, то по мере передвижения на восток или запад приходилось бы непрерывно передвигать стрелки часов. Такое положение представляет большие неудобства для гражданской жизни и в особенности для железнодорожного транспорта. Вряд ли нужно доказывать, что для нормальной работы железной дороги движения поездов должно быть точно согласовано во времени.

В восьмидесятых годах прошлого века в Соединенных Штатах Америки, пытаясь преодолеть указанное затруднение, каждая железная дорога вводила свое "единое" время, действующее на данной дороге или на большом ее участке. В качестве "единого" выбиралось среднее время для данной территории. В результате этого образовалось около 75 различных систем счета времени и на некоторых узловых станциях стояло трое часов, указывающих время станции и время поездов, идущих на запад и на восток.

Такое положение становилось все более нетерпимым. В 1870 г. инженер канадских железных дорог Сандфорд Флеминг предложил ввести часовые пояса, проведя их через каждые 15° по долготе, начиная от гринвичского меридиана.

В 1883 г. этот проект был принят в США и Канаде, а затем и в других государствах. В нашей стране поясное время было введено 8 февраля 1919 г. декретом. Совнаркома.

Поясное время установлено следующим образом: весь земной шар разбит на 24 часовых пояса по 15° в каждом (рис. 15). Внутри каждого пояса время считается одинаковым - среднепоясным. При переезде из одного пояса в другой стрелки часов передвигаются сразу на один час.

Рис. 15. Часовые пояса в СССР
Рис. 15. Часовые пояса в СССР

Поскольку для железных дорог даже такой скачкообразный перевод стрелок неудобен, все железные дороги всего Советского Союза пользуются единым московским временем ("красная стрелка"). В самом деле" если этого не сделать, то на узловую станцию каждый поезд привозил бы свое время.

Таким же образом обстоит дело и с телеграфом. Если пользоваться местным временем, то телеграмма, посланная из Владивостока 1 июня рано утром, прибудет в Москву и будет доставлена адресату 31 мая поздно вечером, т. е. "на день раньше, чем вышла"! Действительно, когда во Владивостоке по местному ("владивостокскому") времени 4 часа утра 1 июня, то в Москве, по местному ("московскому") времени еще 9 часов вечера 31 мая.

На часах всех стран, живущих по поясному времени, в один и тот же момент положение минутных стрелок совпадает, а часовых - различается на нуль или целое число часов. Например, у жителей Варшавы, живущих по среднеевропейскому поясному времени, часы "отстают" от московских. Напротив, в Тбилиси местное поясное время на один час впереди московского, а в дальневосточных областях Советского Союза Солнце встает на семь, восемь и девять часов раньше, чем в Москве. Когда в Москве по поясному времени 12 часов дня, в Петропавловске-Камчатском - 9 часов вечера.

Границы часовых поясов не везде проведены точно по меридианам, так как иначе граничной линией иногда пересекались бы города и в разных концах одного и того же города было бы разное время. Границы часовых поясов большей частью проведены по рекам или иным естественным рубежам, а также с учетом административного деления территорий. Например, один из часовых поясов проходит по реке Каме, другой - по Оби и т. д.

Впрочем, мы, граждане Советского Союза, живем не по солнечному и не по поясному, а по так называемому "декретному" времени, введенному декретом Совнаркома СССР от 16 июня 1930 г. из соображений удобства гражданской жизни и экономии электроэнергии. Согласно этому декрету часовые стрелки всех часов в СССР были передвинуты на один час вперед. Таким образом, декретное время равно поясному плюс один час. Это обстоятельство необходимо учитывать, например, заказывая телефонный разговор с человеком, живущим в другой стране. Когда в Варшаве по местному поясному времени 21 час, то в Москве по ее местному поясному времени 22 часа, а по декретному, которым мы пользуемся,- 23 часа.

Среди граничных часовых линий есть такая, при переходе через которую наряду с изменением времени на один час производится и изменение даты. По условию эта линия проходит вблизи меридиана 180° между Азией и Америкой. Таким образом, день начинается на Камчатке, потом в Сибири, затем в Европе и позже в Америке и на Аляске.

На корабле, пересекающем линию изменения даты в восточном направлении, одно и то же число месяца приписывается двум последовательным дням. Наоборот, при пересечении линии даты в западном направлении один день из счета выбрасывается.

Теперь легко получить ответы на все поставленные ранее вопросы. Спутники Магеллана, завершившие кругосветное путешествие, двигаясь все время на запад, "потеряли" один день потому, что при пересечении 180-го меридиана они не выбросили из счета один день; например, после 14-го числа они должны были считать сразу 16-е, после среды - назвать следующий день пятницей.

Путешественник из романа Жюля Верна сделал аналогичную ошибку, но в другую сторону. Пересекая линию даты в восточном направлении, он должен был два дня подряд называть одинаково.

Наконец, теперь вполне ясна ошибка, содержащаяся в истории с тремя воскресеньями. Если бы каждый из капитанов при пересечении линии даты поступил правильно, т. е. один выбросил бы из счета день, а другой прибавил, то, встретясь, в родном городе, все одинаково назвали бы день воскресным.

На полюсах, где сходятся все меридианы, поясное время теряет смысл. Поэтому арктические исследователи пользуются временем нулевого меридиана.

Для чего нужно точное время морякам

Как научились моряки определять положение судна в открытом море? Какую роль играет при этом умение точно измерять время? В каких трудах и смелых путешествиях они завоевали нужные для этого знания?

200-250 лет назад эпоха великих географических открытий уже закончилась, кругозор человечества необычайно расширился, но далекое морское путешествие было по-прежнему трудным и рискованным. Когда корабль отправлялся в далекое плавание, то нередко на недели и месяцы земля скрывалась от глаз моряков. Кругом волны, над головой то Солнце, то звезды, тонкая дрожащая магнитная игла указывает, где север и юг...

Для того чтобы правильно проложить курс корабля, нужно точно знать, в каком месте он находится. А как это узнать в открытом море?

Определение широты местности не вызывает больших затруднений. Для этого достаточно в полдень, т. е. в момент, когда Солнце стоит выше всего, определить угол, под которым оно видно над горизонтом. Зная месяц и число, с помощью соответствующих таблиц можно легко вычислить широту пункта, в котором производится определение. Аналогичные измерения возможно производить также по звездам.

Значительно труднее обстоит дело с определением географической долготы. В XVII-XVIII веках правительства стран, особенно заинтересованных в морской торговле, установили громадные премии для ученых и изобретателей, которые смогут найти удобный и достаточно точный способ определения географической долготы данной точки, например, корабля в открытом море.

Испанский король Филипп III назначил за решение этой задачи вознаграждение в тысячу экю, а Генеральные Штаты Голландии установили премию в тридцать тысяч флоринов. В Англии в 1714 г. парламент единогласно утвердил билль об установлении крупных премий в 20, 15 и 10 тысяч фунтов стерлингов ученым, которые сумеют дать решение этой задачи. При английском парламенте была создана специальная комиссия по определению долгот, в которую вошли крупнейшие ученые: Исаак Ньютон, Самуил Кларк и другие. Ньютон в докладе парламентской комиссии изложил суть проблемы и трудности, связанные с ее решением.

В чем же они заключаются?

Определить долготу данного пункта- значит узнать, на сколько угловых градусов, минут и секунд отстоит меридиан, проходящий через данную точку, от нулевого меридиана.

Будем с часами продвигаться от нулевого меридиана на восток. Остановимся в пункте, расположенном на 15-м градусе восточной долготы, и дождемся полдня. Полдень в этом пункте наступит в 12 часов по местному времени. В этом же пункте, в этот же момент, взятые нами с собой часы, идущие по времени нулевого меридиана, будут показывать только 11 часов утра. Это и понятно, так как мы передвинулись на 1/24 часть земной окружности навстречу Солнцу. Если бы мы передвинулись на 30° к востоку, то разность местного времени и времени нулевого меридиана составила бы два часа, и т. д. То же самое справедливо для любых двух пунктов наблюдения, так что за начало отсчета не обязательно выбирать нулевой меридиан, можно выбрать меридиан Москвы или иной.

Таким образом, по разности местных времен двух пунктов наблюдения можно определить разность их долгот. Если к тому же известна долгота одного из пунктов от нулевого меридиана, то можно определить долготу второго.

Итак, для определения долготы данного пункта наблюдения нужно знать местное время данного пункта и местное время другого пункта, долгота которого заранее точно известна.

Местное время данного пункта определяют с помощью несложных астрономических приборов. На кораблях для этого пользуются секстаном. Секстан -это прибор, предназначенный для измерения углов, под которыми Солнце или звезды видны над горизонтом. Он состоит из сектора окружности с градусными делениями, горизонтальной зрительной трубы и системы зеркал.

Во время наблюдений штурман одной рукой по возможности вертикально держит секстан и, смотря в зрительную трубу, другой рукой вращает линейку с зеркалом. Когда луч от наблюдаемого светила, отразившись от пары зеркал, попадает в глаз наблюдателя, то светило видно как бы находящимся на линии горизонта. При этом отсчет угла на приборе дает высоту светила над горизонтом. Штурман начинает наблюдения незадолго до полудня и, отсчитывая углы, под которыми видно Солнце, улавливает момент, когда оно видно под наибольшим углом. Этот момент является истинным полднем для данного места. Угол, под которым в этот момент видно Солнце, позволяет вычислить географическую широту пункта наблюдения. Для определения географической долготы нужно знать еще и местное время нулевого меридиана или какого-либо определенного пункта, например Москвы, Лондона и т. д.

Решение этой задачи представляет значительно большие трудности. Для того чтобы в данном пункте наблюдения узнать местное время нулевого меридиана учеными предлагались различные способы. Один из эти способов заключается в наблюдении затмений Луны и Солнца. Лунные и солнечные затмения могут быть вы числены на много лет вперед. Моменты начала и окончания этих затмений достаточно точно известны из различных пунктов на Земле. Таким образом, в принципе этот метод позволяет решить поставленную задачу, беда заключается в том, что лунные и солнечные затмения происходят сравнительно редко, а определения долготы нужно делать каждый день, каждую ночь. Поэтому практически этот метод непригоден.

Для определения времени в любом пункте предлагалось также воспользоваться наблюдением затмении спутников Юпитера. Спутников у Юпитера несколько, затмения их происходят достаточно часто, наблюдать их можно с помощью простой зрительной трубы. Моменты затмений спутников Юпитера могут быть вычислены на много лет вперед. Благодаря большому расстоянию от Земли до Юпитера для всех точек земной поверхности моменты начала и окончания этих затмений наблюдаются практически одновременно. Но условия наблюдения этих затмений таковы, что трудно точно установить моменты начала и окончания затмений. Поэтому этот метод также не получил практического применения.

Для определения в данном пункте местного времени другого пункта, долгота которого известна, можно воспользоваться методом перевозки часов. В самом деле, если перед выходом в плавание установить часы по местному времени Москвы, Лондона или другого пункта, то в дальнейшем они могут служить для решения второй части задачи: показывать местное время пункта, долгота которого известна.

Трудность при этом заключается в том, что обычные часы для этого не годятся, так как погрешность их показаний слишком велика. Между тем ошибка в отсчете времени только на одну минуту в наших широтах соответствует просчету в расстоянии на 15 километров, а вблизи экватора - на 27,6 километров. При пользовании обычными часами за много дней и недель плавания может накопиться столь большая ошибка показаний времени, что определение долготы с их помощью станет бесполезным.

Метод перевозки часов в принципиальном и практическом отношении не вызывает возражений, нужно лишь располагать достаточно точными часами.

Такие часы, как уже говорилось, были созданы английским часовым мастером Гаррисоном на основе изобретенной им температурной компенсации маятника.

В 1736 г. эти часы были установлены на военном корабле, шедшем в Лиссабон. По возвращении в Англию капитан корабля, внимательно наблюдавший в течение всего плавания за работой часов, письменно подтвердил, что они работали безукоризненно. Второй экземпляр часов, сделанных изобретателем, также с успехом выдержал испытания. За третий, еще более совершенный экземпляр часов Гаррисон в 1741 г. получил золотую медаль Лондонского Королевского общества.

Наконец, в 1761 г. английская парламентская комиссия долгот решила произвести еще одни испытания часов Гаррисона в тяжелых практических условиях на корабле в дальнем рейсе. Пусть,- рассуждала комиссия,- эти часы выдержат бури и штормы океана, смену температуры и влажности от холодной, туманной Англии до горячих тропиков, и если после этого они все же будут показывать точное время и тем самым позволят правильно определять долготу, то метод и прибор могут считаться ценными...

Для этих испытаний Гаррисон изготовил четвертый экземпляр часов. 18 ноября 1761 г. корабль "Депт форд" отплыл из Портсмута (Англия), взяв курс на Порт-Рояль (Ямайка). Во время испытаний, за 81 день плавания от Портсмута до Порт-Рояль, часы накопили ошибку всего в 5 секунд. Через 161 день корабль вернулся в Европу и прибыл в Портсмут Ошибка часов не превышала нескольких секунд. Задача определения географической долготы в открытом море была решена.

С тех пор хронометр является обязательной принадлежностью каждого корабля. Один из корабельных хронометров всегда хранится в каюте капитана. При крушении прежде всего спасают хронометр и секстан, и это не мудрено, так как эти приборы позволяют морякам определить, в каком месте океана они находятся.

В 1844 г. на Международном конгрессе в Вашингтоне было решено исходным пунктом для счета времени считать меридиан, проходящий через город Гринвич, расположенный в Англии вблизи Лондона. В Гринвиче и во всех пунктах, расположенных на одном с ним нулевом меридиане, местное время равно поясному. Это время называют всемирным, или мировым временем.

В настоящее время на кораблях метод раздельного определения широты и долготы места уже не применяется. Местонахождение корабля штурман определяет путем наблюдения группы звезд и построения двух или трех линий положения. Знание мирового времени при этом также необходимо. Для его определения применяются морские хронометры, точность которых в настоящее время составляет несколько сотых долей секунды.

Впрочем, теперь благодаря развитию радиосвязи хранение точного времени значительно упростилось. Каждый час по радио передаются сигналы точного времени, по которым каждый может выверить свои часы.

В 1937 г. И. Д. Папанин (руководитель экспедиции), гидролог П. П. Ширшов, геофизик Е. К. Федоров и радист Э. Т. Кренкель высадились у Северного полюса из самолета на льдину и в течение 274 дней дрейфовали на ней по Северному полярному бассейну. За это время льдина с четырьмя смелыми исследователями была вынесена дрейфом через пролив между Гренландией и Шпицбергеном в Гренландское море, где посланный навстречу ледокол поднял членов экспедиции на борт.

Во время этого дрейфа проводилась большая научно-исследовательская работа и, в частности, отбирались пробы океанической воды. При этом каждое измерение обязательно связывалось с определенным пунктом, географические координаты которого точно определялись. Таким образом, для проведения научной работы на льдине, для определения пути ее дрейфа, наконец, для отыскания льдины, когда пришло время взять смелых путешественников на борт ледокола, совершенно необходимым было знание непрерывно менявшихся географических координат дрейфующей станции. Основой для определения географических координат служило знание точного времени.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Пользовательского поиска




Пять неожиданных и грандиозных открытий физики

Мария Склодовская-Кюри - единственная в истории женщина, получившая две Нобелевские премии

Нобелевская премия по физике — 2017 - за решающий вклад в создание детектора LIGO и регистрацию гравитационных волн

Виталий Гинзбург, лауреат Нобелевской премии по физике 2003 г.

Физики превратили непроводящий полимер в полупроводник силой звука

Десять невозможных вещей, ставших возможными благодаря современной физике

Физики нашли возможную брешь в Стандартной модели

Ученые объяснили звуки метеоров

Теория эмерджентности: что такое реальность?

Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры

Четыре крупнейших ошибки в научной жизни Эйнштейна






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru